新加坡國立大學領導的國際研究團隊開發出一種微型憶阻型射頻開關，可在無需持續供電的情況下保持工作狀態，并首次將其應用于可重新配置的單片微波集成電路（MMIC）中，實現了高頻信號調控。該成果有望助力5G和6G射頻芯片向更小尺寸、更低功耗方向發展。相關成果發表于新一期《自然》雜志。
射頻開關如同無線系統中的“交通指揮員”，負責控制信號是否通過，以及信號傳輸路徑的切換。2G通信系統中，一個信號收發單元通常僅需4個射頻開關，而5G和未來6G系統可能需要50個甚至超過100個射頻開關，而大量開關集成到芯片中，容易造成芯片面積增大、成本升高和能耗增加。
為解決這一問題，團隊嘗試將具有“記憶”能力的憶阻型射頻開關引入通信芯片。與傳統射頻開關不同，這類器件能夠通過改變自身電阻狀態控制信號傳輸，并在斷電后保持這一狀態，無需持續供電維持配置。
研究團隊利用二維材料六方氮化硼（hBN）制造這種開關。hBN薄膜被夾在兩層金電極之間，厚度約8納米。當施加短暫電脈沖時，hBN內部會形成或斷裂納米尺度導電通道，從而改變器件電阻狀態。電脈沖結束后，該狀態仍能保持，使開關具備“記憶”能力。
研究顯示，單個hBN開關尺寸僅為2微米×2微米，而傳統射頻開關占用面積至少約0.1平方毫米，是hBN開關的2.5萬倍。團隊將hBN憶阻型射頻開關集成到商用氮化鎵芯片平臺，并進一步實現了在可重新配置MMIC中的應用。測試結果表明，該器件可在最高100吉赫茲頻率范圍內工作，覆蓋5G使用頻段以及未來6G探索頻段。其中，性能最佳的串聯開關信號損耗僅為0.3分貝。
研究團隊還將該器件應用于衰減器、功率分配器和濾波器等實際射頻電路。其中，濾波器實現了6吉赫茲頻率調節，證明該器件不僅能夠作為功能單元運行，還能完成完整射頻電路功能。
下一步，研究團隊計劃探索直接在氮化鎵芯片上生長hBN材料的方法，以簡化制造流程，并通過優化電極結構和芯片表面處理提高器件壽命。同時，還將利用計算模型輔助設計更大規模電路，并在實際制造前預測其性能。
