En Ru
Imec устанавливает рекордные показатели работы ВЧ GaN-транзисторов на кремнии для высокоэффективных усилителей мощности 6G
Улучшенное контактное сопротивление и выходная мощность — ключ к созданию мобильных E-mode GaN-транзисторов на кремнии
Бельгийский научный центр Imec сообщил о важном достижении в разработке радиочастотных транзисторов, созданных с использованием технологии нитрида галлия на кремниевой подложке. Эти новые компоненты показывают наивысшие характеристики по мощности, линейности и энергопотреблению, что выдвигает их в число перспективных решений для будущих сетей мобильной связи 6G.
ЛЁВЕН (Бельгия), 12 июня 2025 года — Imec, мировой лидер в области наноэлектроники и цифровых технологий, установил новый эталон производительности ВЧ-транзисторов для мобильных устройств. Представлен MOSHEMT (металл-оксид-полупроводниковый транзистор с высокой подвижностью электронов) на основе нитрида галлия (GaN) на кремниевой подложке (Si), демонстрирующий рекордные КПД и выходную мощность для E-mode (enhancement-mode) устройства, работающего при низком напряжении питания. Параллельно Imec достиг рекордно низкого контактного сопротивления — 0,024 Ом·мм, что критически важно для дальнейшего повышения выходной мощности в будущих разработках. Эти результаты — важный шаг на пути интеграции GaN-технологий в устройства следующего поколения, особенно для работы в 6G-диапазоне FR3 (7–24 ГГц).
Современные мобильные сети
Современные мобильные сети в основном работают на частотах ниже 6 ГГц, но для удовлетворения требований 6G к скорости передачи данных необходим переход на более высокие частоты.
В этих диапазонах существующие решения на основе GaAs HBT (гетеропереходных биполярных транзисторов) теряют эффективность: их КПД и усиление резко падают выше 10–15 ГГц, что приводит к быстрому разряду батарей и неэффективному энергопотреблению в пользовательских устройствах.
GaN считается перспективной альтернативой благодаря высокой удельной мощности и пробивному напряжению. Хотя GaN-транзисторы на карбиде кремния (SiC) демонстрируют отличные ВЧ-характеристики в базовых станциях, высокая стоимость и ограниченная масштабируемость SiC-пластин препятствуют их использованию в мобильных устройствах.
В этих диапазонах существующие решения на основе GaAs HBT (гетеропереходных биполярных транзисторов) теряют эффективность: их КПД и усиление резко падают выше 10–15 ГГц, что приводит к быстрому разряду батарей и неэффективному энергопотреблению в пользовательских устройствах.
GaN считается перспективной альтернативой благодаря высокой удельной мощности и пробивному напряжению. Хотя GaN-транзисторы на карбиде кремния (SiC) демонстрируют отличные ВЧ-характеристики в базовых станциях, высокая стоимость и ограниченная масштабируемость SiC-пластин препятствуют их использованию в мобильных устройствах.
Кремний — более масштабируемая и экономичная платформа, но создание высокоэффективных GaN-транзисторов на нём осложняется разницей в кристаллических решётках и тепловом расширении материалов, что ухудшает качество структуры и надёжность устройств. Для E-mode-транзисторов (предпочтительных в мобильных устройствах из-за «fail-safe» - безотказной работы и низкого энергопотребления) задача ещё сложнее: их проектирование требует истончения барьерного слоя и канала под затвором, что снижает ток в открытом состоянии и увеличивает ток утечки, затрудняя достижение мощности, КПД и усиления, необходимых для 6G.
Imec представил E-mode MOSHEMT на GaN/Si с рекордными выходной мощностью 27,8 дБм (1 Вт/мм) и КПД 66% на частоте 13 ГГц при напряжении 5 В. Результат достигнут на одиночном транзисторе с 8-секционным затвором, обеспечивающим достаточную ширину канала для высокой мощности без объединения нескольких устройств. Высокая производительность стала возможной благодаря сочетанию методики травления затвора (для перевода транзистора в E-mode) и барьерного слоя InAlN, компенсирующего потери из-за истончённого канала.
Поперечное ТЕМ-изображение (просвечивающая электронная микроскопия) структуры затвора GaN-транзистора на кремнии от Imec. На изображении видна прецизионно протравленная область затвора, обеспечивающая работу устройства в E-mode (режиме обогащения).
Параллельно Imec добился рекордно низкого контактного сопротивления 0,024 Ом·мм за счёт регенерированного n⁺(In)GaN-слоя, максимизирующего ток и минимизирующего потери. Хотя результат получен в отдельном модуле, он полностью совместим с архитектурой E-mode-транзистора. Моделирование показывает, что интеграция этого решения повысит выходную мощность на 70%, соответствуя требованиям 6G-устройств.
«Снижение контактного сопротивления критически важно для роста мощности без потери КПД, — отметил Алиреза Алиан, ведущий специалист Imec. — Следующий шаг — интеграция этого модуля в E-mode-транзистор и проверка прогнозируемого прироста характеристик, что приблизит нас к практическому применению в 6G».
«Снижение контактного сопротивления критически важно для роста мощности без потери КПД, — отметил Алиреза Алиан, ведущий специалист Imec. — Следующий шаг — интеграция этого модуля в E-mode-транзистор и проверка прогнозируемого прироста характеристик, что приблизит нас к практическому применению в 6G».
Источник: https://www.imec-int.com/en/press/imec-achieves-record-breaking-rf-gan-si-transistor-performance-high-efficiency-6g-power
Перевод: Сотрудник компании ООО "ТТМ" Каташев А.А.