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导语
近日，首尔大学电气与计算机工程系团队在Nature Communications上发表研究论文(https://doi.org/10.1038/s41467-026-74911-2)。该团队提出了一种全新的RIS架构------STARE（Semiconductor Transmit Array with Reconfigurable Elements），首次实现了在标准半导体工艺中直接制造完整的RIS系统，打通了器件设计与阵列性能之间的壁垒。
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核心创新
传统方案是"拿来器件、适配单元"，而STARE选择 "根据单元目标，定制器件参数" 。研究团队设计了一种名为选择性交叠二极管（SOD）的新型有源器件，通过工艺参数（掺杂宽度、金属交叠比）的协同优化，独立调控开态电阻（Ron）和关态电容（Coff），从而同时满足低损耗和高隔离度的需求。
具体策略是：先用TCAD设计SOD的注入能量、剂量、结深等参数，流片测试得到真实的Ron和Coff，再将这些实测值代入全波电磁仿真进行单元协同设计。这种 "实测锚定"的迭代流程，在半导体工艺与射频设计之间搭建起一座桥梁，是STARE能够实现高性能的关键。
硅基射频设计面临两大难题：硅的相对介电常数高达11.9，显著增加寄生电容；而穿透硅通孔（TSV）成本高昂、工艺复杂。STARE巧妙采用无通孔（vialess）磁耦合传输单元：顶层金属形成slot天线，通过磁场耦合将信号传递至底层；底层的开槽偶极子天线由SOD控制通断，改变电流分布，从而实现180°的相位翻转。
这种设计不仅绕开了TSV工艺，还利用高阻硅晶圆（𝜌>10,000Ω⋅cm）大幅降低介质损耗，实测传输系数（S21）在15.5 GHz中心频率达到−2.5dB，在硅基RIS中属于较高水平。
研究团队在4英寸晶圆上制造了包含45个单元、共180个SOD的STARE原型，并利用柔性PCB和Arduino控制板实现偏置驱动。实测结果显示，该RIS系统在15.5 GHz处实现了−45°至+45°的连续波束扫描。尽管因工艺容差导致相位差偏离理论的180°（实测约210°），但通过参考相位校准，仍成功复现了预期的波束指向。
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研究意义
第一，成本逻辑变了。
传统方案用分立器件表面贴装，成本随单元数线性增长；而STARE在单一半导体流片中并行制造所有有源器件，单元越多，平均成本越低。12英寸晶圆上可集成约20×20单元，与当前主流RIS演示规模相当，但制造和装配复杂度大幅降低。
第二，工艺不再是限制，而是自由度。
SOD的Ron和Coff不再是外部强加的约束，而是可以通过掺杂和交叠设计"按需定制"。这种器件-单元协同优化的思路，为未来实现多比特相位控制（只需在单元内增加更多SOD控制路径）提供了清晰的演进路径。
第三，响应快、功耗低。
SOD为电阻偏置型器件，开关速度达纳秒级，静态功耗极低------完全满足6G对能效和实时性的严苛要求。
正如论文所言：
"STARE将RIS的性能从'受限于有源器件'提升为'通过器件与单元协同设计来增强'，为大规模、高能效、低成本且与半导体代工厂兼容的RIS实现提供了可扩展路径。"
图1：所提出的STARE RIS系统示意图
图2：所制备的选择性交叠二极管（SOD）的测量结果
图3：基于所提出的选择性交叠二极管的半导体透射阵列可重构单元（STARE）
图4：STARE的性能测试结果
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