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第六代太赫茲（THz）頻段傳輸技術（6G）近年來受到中國、美國、芬蘭、韓國等多個國家相關部門和學術團隊的關注和研究。華為、蘋果、三星等巨頭也均有相關技術研發(fā)項目正在進行中。
【DT新材料】獲悉，近日，工信部多次在公開場合表示將加強國際合作，全面推進6G技術研發(fā)。
相關閱讀：工信部，加快6G的研發(fā)
在此背景下，6g技術又一次成為了社會關注的熱點話題之一。對比5G，6G頻段在100GHz-10THz，峰值傳輸速度高達100Gbps~1Tbps，通信延遲小于0.1毫秒。而與之對應的是，該技術對于天線、半導體等相關材料的性能提出了嚴苛的要求。相關新材料的發(fā)展將成為制約通信頻率往毫米波、太赫茲普及的關鍵因素。
6g相關技術特征
圖片來源：半導體芯科技
實現太赫茲頻段的通信是6G的核心關鍵之一。而目前現有通訊機制主要是終端器件連接中樞天線進行信號的傳遞。這其中將涉及各類功率芯片、電路板、天線、電容器、探測器等等部件。
6G通信將會因為高頻和高度集成而出現散熱、電磁干擾等問題，對此相關部件原材料和結構均需要進行針對性的設計和選用，涉及芯片材料、天線材料、導熱材料、覆銅板基材、電磁屏蔽材料等等。芯片部件
生產太赫茲以上頻率的芯片是6G高頻段目前的瓶頸之一。其中功率芯片是高頻通信的核心器件，在這一領域如砷化鎵、氮化鎵、磷化銦異質結等化合物半導體由于擁有比硅基半導體更適合高頻組件的高電子遷移率等優(yōu)勢受到了廣泛關注，這一類材料作為高電子遷移率晶體管具備很大的潛力，對此未來lll-V族化合物的應用將變得更廣泛。
此外芯片電路板主要由介質層與金屬導電層組成。而在太赫茲頻段下，介質層材料結構容易吸收能量從而造成信號損失，對此需要低介電常數與低介電損耗的高分子材料。其中碳氫樹脂、聚四氟乙烯材料(PTFE)、聚苯醚PPE（也稱PPO）、和液晶高分子(LCP)等特種樹脂材料受到了廣泛關注，其中LCP還可應用于天線部件。
同時6G對于目前交流信號傳遞的金屬銅箔也有特殊要求。訊號深度(趨膚深度)與頻率有關，而在高頻下的趨膚深度將達到1微米以下，需要表面粗糙度極低的無輪廓光滑銅箔才可以實現信號的低損耗傳遞，這對于目前的加工來說也是一個難題。
天線材料
天線是通信收發(fā)的重要組件。而天線尺寸與頻率成反比，毫米波天線可以整合到模塊中形成與芯片一體化的封裝組合(System on package, SoP)，無需獨立天線或是5G的封裝、貼片天線。對此目前5G時代的MPI（改性聚酰亞胺）性能將受限制，LCP天線材料替代進程或將加速。
此外天線接受的電磁波一般會通過探測器轉化為電訊號，而目前在太赫茲范圍內的探測器仍未商業(yè)化。近幾年除了量子阱探測器(QWP)外，石墨烯、納米碳管等納米材料也將在這一領域具有商品化的潛力。
零部件材料
附屬PCB板除了上述提到的PTFE，LCP等為代表的熱塑性樹脂體系，具備低介電損失的含乙烯基熱固性樹脂也受到了關注。其中包括雙馬來酰亞胺樹脂（BMI）、環(huán)烯烴樹脂(Cyclo Olefin Polymers)、聚二乙烯基苯(Polydivinylben-zene,PDVB)等。
電磁屏蔽材料太赫茲波段的電磁波比穿透力差，衰減大，對信號的抗干擾能力要求很高，對比5g需要更多的電磁屏蔽器件。目前，商業(yè)化應用的電磁屏蔽材料主要包括金屬屏蔽罩、改性導電氈、導電高分子摻雜橡膠、泡棉、導電涂料、屏蔽膠帶等等。未來6g應用將對電磁屏蔽材料提出更高的要求，例如需要柔性輕質、耐惡劣環(huán)境、寬頻率波段、高屏蔽效能等。科研方面目前在二維金屬碳氮化合物MXene，碳基化合物，液態(tài)金屬，氣凝膠復合材料等方面是研究熱點。
導熱散熱材料
對6G電子設備而言，由于其高度集成性，熱管理將變得尤為重要且決定了未來設備的可靠性和使用壽命。隨著其功率密度快速增加，散熱問題已經成為電子設備亟需解決的問題。
對此，未來石墨烯將在這一領域有所發(fā)揮，由于石墨烯是已知的導熱系數最高的物質（5300W/（m*K）），其快速導熱、散熱的特性可有效代替現有導熱材料在6G領域廣泛應用。
超級電容器
此外由于6G設備需要的能量較少，超級電容器具備更高的能量密度，壽命和充放電速度，在這一方面可在未來取代鋰電池部件構建6g儲能部件。在這一領域，諸如石墨烯、MXene等材料構建的贗電容、或雙層新型超級電容器也正處于研究之中。
超材料
超材料，指的是一類具有特殊性質的人造材料，擁有一些特別的性質，尤其是在電磁波領域，6G對于可重構智能表面的電磁波控制需求將為超材料提供廣闊的發(fā)展空間。
通過超材料可以實現電磁波的動態(tài)編程控制，這一領域被稱為“信息超材料”，成為了當前6G研究的熱點之一。在未來6g商業(yè)化進程中，超材料可以應用于天線、天線蓋板智能反射調控、信息調制超表面基站、波束賦型超表面基站等方面，具有靈活節(jié)能、擴大覆蓋面積、抑制干擾等功能。
針對6g領域的材料研發(fā)，眾多通訊企業(yè)及PCB企業(yè)如華為、中興通訊、三星、LG電子、諾基亞，愛立信、SK電訊、蘋果等等已開始搶先布局相關技術。此外，例如之江實驗室、華訊方舟、四創(chuàng)電子、亨通光電、大恒科技等等也在積極布局相關產業(yè)鏈產品。但正如上文所分析的，6G無論是在理論基礎還是在材料應用方面需要做出進一步的突破，離商業(yè)化仍存在較大的差距。來源：DT新材料中國工程科技知識中心是經國家批準建設的國家工程科技領域信息匯聚中心、數據挖掘中心和知識服務中心。知識中心網址：https://www.ckcest.cn/entry/中國工程科技知識中心為方便讀者組建了社群想進群請?zhí)砑游⑿牛簒pcztym
【DT新材料】獲悉，近日，工信部多次在公開場合表示將加強國際合作，全面推進6G技術研發(fā)。
相關閱讀：工信部，加快6G的研發(fā)
在此背景下，6g技術又一次成為了社會關注的熱點話題之一。對比5G，6G頻段在100GHz-10THz，峰值傳輸速度高達100Gbps~1Tbps，通信延遲小于0.1毫秒。而與之對應的是，該技術對于天線、半導體等相關材料的性能提出了嚴苛的要求。相關新材料的發(fā)展將成為制約通信頻率往毫米波、太赫茲普及的關鍵因素。
6g相關技術特征
圖片來源：半導體芯科技實現太赫茲頻段的通信是6G的核心關鍵之一。而目前現有通訊機制主要是終端器件連接中樞天線進行信號的傳遞。這其中將涉及各類功率芯片、電路板、天線、電容器、探測器等等部件。
6G通信將會因為高頻和高度集成而出現散熱、電磁干擾等問題，對此相關部件原材料和結構均需要進行針對性的設計和選用，涉及芯片材料、天線材料、導熱材料、覆銅板基材、電磁屏蔽材料等等。芯片部件
生產太赫茲以上頻率的芯片是6G高頻段目前的瓶頸之一。其中功率芯片是高頻通信的核心器件，在這一領域如砷化鎵、氮化鎵、磷化銦異質結等化合物半導體由于擁有比硅基半導體更適合高頻組件的高電子遷移率等優(yōu)勢受到了廣泛關注，這一類材料作為高電子遷移率晶體管具備很大的潛力，對此未來lll-V族化合物的應用將變得更廣泛。
此外芯片電路板主要由介質層與金屬導電層組成。而在太赫茲頻段下，介質層材料結構容易吸收能量從而造成信號損失，對此需要低介電常數與低介電損耗的高分子材料。其中碳氫樹脂、聚四氟乙烯材料(PTFE)、聚苯醚PPE（也稱PPO）、和液晶高分子(LCP)等特種樹脂材料受到了廣泛關注，其中LCP還可應用于天線部件。
同時6G對于目前交流信號傳遞的金屬銅箔也有特殊要求。訊號深度(趨膚深度)與頻率有關，而在高頻下的趨膚深度將達到1微米以下，需要表面粗糙度極低的無輪廓光滑銅箔才可以實現信號的低損耗傳遞，這對于目前的加工來說也是一個難題。
天線材料
天線是通信收發(fā)的重要組件。而天線尺寸與頻率成反比，毫米波天線可以整合到模塊中形成與芯片一體化的封裝組合(System on package, SoP)，無需獨立天線或是5G的封裝、貼片天線。對此目前5G時代的MPI（改性聚酰亞胺）性能將受限制，LCP天線材料替代進程或將加速。
此外天線接受的電磁波一般會通過探測器轉化為電訊號，而目前在太赫茲范圍內的探測器仍未商業(yè)化。近幾年除了量子阱探測器(QWP)外，石墨烯、納米碳管等納米材料也將在這一領域具有商品化的潛力。
零部件材料
附屬PCB板除了上述提到的PTFE，LCP等為代表的熱塑性樹脂體系，具備低介電損失的含乙烯基熱固性樹脂也受到了關注。其中包括雙馬來酰亞胺樹脂（BMI）、環(huán)烯烴樹脂(Cyclo Olefin Polymers)、聚二乙烯基苯(Polydivinylben-zene,PDVB)等。
電磁屏蔽材料太赫茲波段的電磁波比穿透力差，衰減大，對信號的抗干擾能力要求很高，對比5g需要更多的電磁屏蔽器件。目前，商業(yè)化應用的電磁屏蔽材料主要包括金屬屏蔽罩、改性導電氈、導電高分子摻雜橡膠、泡棉、導電涂料、屏蔽膠帶等等。未來6g應用將對電磁屏蔽材料提出更高的要求，例如需要柔性輕質、耐惡劣環(huán)境、寬頻率波段、高屏蔽效能等。科研方面目前在二維金屬碳氮化合物MXene，碳基化合物，液態(tài)金屬，氣凝膠復合材料等方面是研究熱點。
導熱散熱材料
對6G電子設備而言，由于其高度集成性，熱管理將變得尤為重要且決定了未來設備的可靠性和使用壽命。隨著其功率密度快速增加，散熱問題已經成為電子設備亟需解決的問題。
對此，未來石墨烯將在這一領域有所發(fā)揮，由于石墨烯是已知的導熱系數最高的物質（5300W/（m*K）），其快速導熱、散熱的特性可有效代替現有導熱材料在6G領域廣泛應用。
超級電容器
此外由于6G設備需要的能量較少，超級電容器具備更高的能量密度，壽命和充放電速度，在這一方面可在未來取代鋰電池部件構建6g儲能部件。在這一領域，諸如石墨烯、MXene等材料構建的贗電容、或雙層新型超級電容器也正處于研究之中。
超材料
超材料，指的是一類具有特殊性質的人造材料，擁有一些特別的性質，尤其是在電磁波領域，6G對于可重構智能表面的電磁波控制需求將為超材料提供廣闊的發(fā)展空間。
通過超材料可以實現電磁波的動態(tài)編程控制，這一領域被稱為“信息超材料”，成為了當前6G研究的熱點之一。在未來6g商業(yè)化進程中，超材料可以應用于天線、天線蓋板智能反射調控、信息調制超表面基站、波束賦型超表面基站等方面，具有靈活節(jié)能、擴大覆蓋面積、抑制干擾等功能。
針對6g領域的材料研發(fā)，眾多通訊企業(yè)及PCB企業(yè)如華為、中興通訊、三星、LG電子、諾基亞，愛立信、SK電訊、蘋果等等已開始搶先布局相關技術。此外，例如之江實驗室、華訊方舟、四創(chuàng)電子、亨通光電、大恒科技等等也在積極布局相關產業(yè)鏈產品。但正如上文所分析的，6G無論是在理論基礎還是在材料應用方面需要做出進一步的突破，離商業(yè)化仍存在較大的差距。來源：DT新材料中國工程科技知識中心是經國家批準建設的國家工程科技領域信息匯聚中心、數據挖掘中心和知識服務中心。知識中心網址：https://www.ckcest.cn/entry/中國工程科技知識中心為方便讀者組建了社群想進群請?zhí)砑游⑿牛簒pcztym
