客户成果丨新加坡国立大学《Nature Nanotechnology》：超宽带非线性霍尔整流器

随着无线通信的快速发展，利用环境无线能量供电已成为一种前景广阔的供能方式。此类系统的核心是整流器，其作用是将射频或微波等高频电磁波转化为直流电能。然而，传统的半导体肖特基整流器受限于门槛电压、寄生电容和结电阻，难以在高频和低输入功率条件下高效工作。近年来，非线性霍尔效应（nonlinear Hall effect, NLHE）被广泛研究。该效应由材料内部的贝里曲率偶极子驱动，无需外加磁场即可产生横向直流电压，可以用作零偏置和超宽带响应的整流器。然而，以往的NLHE实验多基于剥离的样品，尚未实现片上集成。

为了解决这一挑战，新加坡国立大学电子与计算机工程系Yang Hyunsoo教授团队联合山西师范大学化学与材料科学学院王飞教授团队，在无线能量采集领域中取得最新进展，该研究成果以“Ultrabroadband nonlinear Hall rectifier using SnTe”为题发表在《Nature Nanotechnology》上。

如图1所示，拉曼光谱及二次谐波信号（SHG）测试证实了SnTe（001）薄膜在室温下存在显著的反演对称性破缺，为非线性霍尔效应的产生提供了条件。实验测得其二阶电导率高达0.004 Ω-1V-1，超过多数可大面积生长的材料。

图1 SnTe的晶体结构与非线性霍尔效应

如图2，研究团队在零偏置、无磁场条件下搭建无线整流测试系统，观测到明显的整流电压（VDC）。在5 GHz与5.9 GHz等通讯频段，SnTe整流器的输出电压与入射功率呈线性关系，最低可检测功率达到 –60 dBm，显示出极高的微弱信号灵敏度。

图2 GHz频段下的整流器件性能

此外，团队测试了SnTe整流器在MHz至THz范围内的响应，并结合2.4 GHz天线实现约 24 倍电压增益和 600 倍功率提升。作为概念验证，SnTe整流器成功驱动热敏电阻实现无线供能，展示出实际应用潜力。

图3 MHz–THz频段整流响应与无线能量采集演示

本研究在可集成的碲化锡（SnTe）薄膜体系中首次实现了非线性霍尔效应整流器。研究团队通过分子束外延（MBE）在氟化钡（BaF₂）衬底上生长出具有高度(001)择优取向的SnTe薄膜，并基于该材料制备出可在室温下、零偏置下运行的超宽带（23 MHz – 1 THz）整流器。

该成果突破了传统整流技术在带宽与灵敏度上的限制，为新一代自供能电子器件提供了关键材料与技术基础。后续研究将进一步优化整流效率、提升材料环境稳定性，并探索其与CMOS工艺的兼容性。

该工作通过使用TuoTuo Technology的无掩模光刻机完成了所有器件的制备工作。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-025-01993-2