文章导读
你还在为柔性射频器件的高频性能卡在自热效应上而头疼？北大团队这次没走堆料的老路，而是通过电学-热学协同设计，让碳纳米管晶体管在柔性基底上跑出了152GHz的电流增益截止频率。更关键的是，他们在沟道缩短、寄生电容降低和热传导增强三者之间存在一个微妙的平衡点——这个平衡点一旦打破，柔性设备就能真正替代刚性芯片的临界点就到了。那个平衡点到底是什么？它可能直接决定你未来手上的6G终端能否真正贴附在皮肤上而不烧毁。
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第六代无线通信（6G）面向全息通信、触觉互联网和人体贴附式无线终端等以人为中心的应用，对通信终端的高速、低功耗、轻量化与柔性贴附能力提出了更高要求。工作频率在100GHz以上的柔性射频器件是构建此类终端的重要基础。然而，柔性聚合物基底通常热导率较低，器件在高电流密度和高频工作时容易受到自热效应影响，进而限制射频性能和长期可靠性。因此，在柔性平台上同时实现高频、低功耗和有效热管理，是柔性射频晶体管领域面临的重要挑战。
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针对这一难题，北京大学电子学院胡又凡-彭练矛团队与斯坦福大学Eric Pop团队合作，充分利用定向排列碳纳米管阵列高载流能力、小本征电容和良好稳定性的优势，在柔性聚酰亚胺（PI）基底上构建了高性能射频晶体管。研究通过电学-热学协同设计，在沟道缩短、寄生电容降低和热传导路径增强之间进行综合优化，使柔性碳纳米管器件实现了超过100GHz的射频性能。
柔性碳纳米管射频晶体管的器件结构和直流性能
柔性碳纳米管射频晶体管的电学-热学协同设计和射频性能
研究在2微米厚PI基底上制备了双指顶栅柔性射频晶体管，并将栅长缩短至75nm、沟道长度缩短至120nm。典型器件开态电流达到0.947mA/μm，跨导达到0.728mS/μm；实测电流增益截止频率fT最高达到152GHz，功率增益截止频率fmax最高达到102GHz，直流功耗低于200mW/mm。针对柔性基底散热能力弱的问题，团队优化了源漏接触、栅极堆叠和界面热导等关键结构参数，增强通过源漏电极和栅极的散热通道，同时抑制寄生电容和栅极电阻对高频性能的影响。基于上述器件，团队进一步实现了工作在18GHz（K波段）的柔性射频功率放大器，输出功率达到64mW/mm，功率增益达到11dB。器件在弯曲半径1.5mm条件下释放后fT仅下降6.4%，在3mm弯曲半径下经历1000次循环弯折后fT下降9.8%，显示出良好的机械柔性与稳定性。
该成果为定向排列碳纳米管阵列在柔性高频电子中的应用提供了重要实验基础，也为未来与柔性传感器、天线以及数字/模拟电路集成，构建面向6G应用的高速、低功耗柔性无线终端提供了新的技术路径。
以上相关成果以《工作频率超过100GHz的柔性碳纳米管射频晶体管》（“Flexible radio-frequency carbon nanotube transistors operating at frequencies above 100GHz”）为题，于2026年5月12日在线发表于《自然·电子》（Nature Electronics）。该项研究得到了国家重点研发计划、中国博士后科学基金、北京大学纳米器件加工平台等的支持。北京大学电子学院博雅博士后夏梵、北京大学前沿交叉学科研究院博士生夏天以及美国斯坦福大学博士生苏皓天为论文共同第一作者，胡又凡、彭练矛、Eric Pop为论文共同通讯作者。
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