<p>新闻：微电子</p>
<p>康奈尔大学在单晶氮化铝基底上开发了用于射频功率放大器的 HEMTs</p>
<p>康奈尔大学开发了一种新的高功率无线电子器件的晶体管架构，旨在解决氮化镓的供应链脆弱性（《超宽带单晶氮化铝基底上的 XHEMTs》，《先进电子材料》，2025 年 11 月 29 日，https://doi.org/10.1002/aelm.202500393）。</p>
<p>单晶高电子迁移率晶体管（XHEMT）包括一个超薄的伪形氮化镓（GaN）通道层，夹在氮化铝（AlN）层之间，制造在大块单晶氮化铝基底上，其低缺陷密度和超宽带隙使其能够承受更高的温度和电压，同时减少电能损耗。</p>
<p>该研究由 Huili Grace Xing 教授（威廉·L·夸肯布什教授）、Debdeep Jena 教授（大卫·E·伯尔教授）共同领导，二人均来自康奈尔大学电气与计算机工程学院、材料科学与工程系以及康奈尔纳米科学卡夫利研究所，博士生 Eungkyun Kim 参与其中。</p>
<p>XHEMT 旨在用于 5G 和新兴 6G 无线网络中的射频功率放大器，以及国家防御应用的雷达系统。在高频率下推送大量电能会产生热量并降低性能。</p>
<p>“由于我们使用的氮化铝基底具有更高的热导率，通道温度相比其他技术更低，” Kim 指出。“这为在更高功率下运行打开了可能性，扩展了当前的通信范围或雷达能力。”</p>
<p>XHEMT 的材料层从上到下晶格匹配，导致其晶体缺陷数量比传统的基于氮化镓的设备（在硅、碳化硅或蓝宝石上生长）少约一百万倍。</p>
<p>“这些缺陷可以贯穿整个设备，而我们新的氮化铝基底基本上消除了它们，” Xing 说。“虽然这需要更详细的研究，但我认为这将在该设备的后续版本中带来巨大的优势。”</p>
<h2>减少对氮化镓的依赖</h2>
<p>随着对高性能电子产品需求的增长，对氮化镓等材料的需求也在增加，这些材料应用于从智能手机充电器到基站的各个领域。减少对氮化镓的依赖对美国的研究和制造变得越来越重要，Jena 指出。</p>
<p>“超过 90% 的氮化镓是在美国以外生产的，而在半导体技术中对其的关键需求吸引了出口限制，” Jena 指出。“供应链受到严重干扰，但通过这种特定的氮化铝 XHEMT，我们使用的氮化镓非常非常少，减少了几个数量级的使用。”</p>
<p>研究中使用的氮化铝单晶是与美国纽约州奥尔巴尼的 Crystal IS 公司合作生产的（这是全球仅有的几家能够以 XHEMT 所需质量生长氮化铝的制造商之一）。</p>
<p>“氮化铝基底已被用于光子学，但这项研究真正为电子应用打开了大门，” Jena 说。“我们展示了可以利用在美国生产的半导体材料创造新的价值和市场。”</p>
<p>该技术向商业化准备的进展在 12 月 1 日的《APL 材料》中得到了强调，展示了在 3 英寸 AlN 晶圆上 XHEMT 结构的晶圆级生长——该工作得到了东北地区国防技术中心 NORDTECH 的支持。</p>
<p>XHEMT 中使用的材料层由康奈尔大学的博士生 Yu-Hsin Chen 和研究助理 Jimy Encomendero 开发。其原子结构由博士生 Naomi Pieczulewski 和大卫·穆勒（应用与工程物理学院的塞缪尔·B·埃克特工程教授）进行研究。</p>
<p>该研究得到了美国陆军研究办公室、国防高级研究计划局和旭化成公司的支持。部分研究在康奈尔纳米尺度设施和康奈尔材料研究中心进行，均得到国家科学基金会的支持。</p>
<p>康奈尔大学升级实验室，配备 MOCVD 系统以开发下一代氮化物材料</p>
<p>康奈尔的 Huili Grace Xing 将获得 2025 年 SIA 和 SRC 颁发的大学技术研究奖</p>
<p>宽带隙电子学</p>
<p>advanced.onlinelibrary.wiley.com</p>
<p>www.engineering.cornell.edu</p>

<p>康奈尔大学开发了一种新的高电子迁移率晶体管（XHEMT）架构，采用单晶 AlN 基板用于射频功率放大器，解决了镓的供应链脆弱性。这项创新由惠丽·格蕾丝·星教授和德布迪普·杰纳教授领导，提供了更好的热导率和减少镓的使用，提升了 5G/6G 网络和雷达系统的性能。这项研究得到了多个机构的支持，突显了美国生产的半导体材料在电子应用中的潜力</p>

<p>News: Microelectronics</p>
<div class="lb-trans"><p>新闻：微电子</p>
</div><p>Cornell develops HEMTs on single-crystal AlN substrate for RF power amplifiers</p>
<div class="lb-trans"><p>康奈尔大学在单晶氮化铝基底上开发了用于射频功率放大器的 HEMTs</p>
</div><p>Cornell University has developed a new transistor architecture for high-power wireless electronics that addresses supply chain vulnerabilities for gallium (‘XHEMTs on Ultrawide Bandgap Single-Crystal AlN Substrates’, Advanced Electronic Materials, 29 November 2025, https://doi.org/10.1002/aelm.202500393).</p>
<div class="lb-trans"><p>康奈尔大学开发了一种新的高功率无线电子器件的晶体管架构，旨在解决氮化镓的供应链脆弱性（《超宽带单晶氮化铝基底上的 XHEMTs》，《先进电子材料》，2025 年 11 月 29 日，https://doi.org/10.1002/aelm.202500393）。</p>
</div><p>The single-crystal high-electron-mobility transistor (XHEMT) includes an ultra-thin pseudomorphic gallium nitride (GaN) channel layer sandwiched between AlN layers, fabricated on a bulk single-crystal aluminium nitride substrate, whose low defect densities and ultrawide bandgap allow it to withstand higher temperatures and voltages while reducing electrical losses.</p>
<div class="lb-trans"><p>单晶高电子迁移率晶体管（XHEMT）包括一个超薄的伪形氮化镓（GaN）通道层，夹在氮化铝（AlN）层之间，制造在大块单晶氮化铝基底上，其低缺陷密度和超宽带隙使其能够承受更高的温度和电压，同时减少电能损耗。</p>
</div><p>The research was co-led by Huili Grace Xing, the William L. Quackenbush Professor, Debdeep Jena, the David E. Burr Professor – both in the School of Electrical and Computer Engineering, the Department of Materials Science and Engineering, and the Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science – and doctoral student Eungkyun Kim.</p>
<div class="lb-trans"><p>该研究由 Huili Grace Xing 教授（威廉·L·夸肯布什教授）、Debdeep Jena 教授（大卫·E·伯尔教授）共同领导，二人均来自康奈尔大学电气与计算机工程学院、材料科学与工程系以及康奈尔纳米科学卡夫利研究所，博士生 Eungkyun Kim 参与其中。</p>
</div><p>The XHEMT is designed for radio frequency power amplifiers in 5G and emerging 6G wireless networks, as well as radar systems for national defense applications. Pushing large amounts of electrical power at high frequencies generates heat and degrades performance.</p>
<div class="lb-trans"><p>XHEMT 旨在用于 5G 和新兴 6G 无线网络中的射频功率放大器，以及国家防御应用的雷达系统。在高频率下推送大量电能会产生热量并降低性能。</p>
</div><p>“Because we’re using an aluminium nitride substrate with much higher thermal conductivity, the channel temperature is lower compared to other technologies,” notes Kim. “This opens the possibility of operating at even higher power, extending the present communication range or radar capability.”</p>
<div class="lb-trans"><p>“由于我们使用的氮化铝基底具有更高的热导率，通道温度相比其他技术更低，” Kim 指出。“这为在更高功率下运行打开了可能性，扩展了当前的通信范围或雷达能力。”</p>
</div><p>The XHEMT’s material layers are lattice matched from top to bottom, resulting in about a one-million-fold fewer crystalline defects than traditional GaN-based devices grown on silicon, silicon carbide or sapphire.</p>
<div class="lb-trans"><p>XHEMT 的材料层从上到下晶格匹配，导致其晶体缺陷数量比传统的基于氮化镓的设备（在硅、碳化硅或蓝宝石上生长）少约一百万倍。</p>
</div><p>“These defects can propagate all the way through a device, whereas our new aluminium nitride substrate basically eliminates them,” Xing says. “While this needs to be studied in more detail, I think it will translate to a tremendous advantage in the upcoming iterations of this device.”</p>
<div class="lb-trans"><p>“这些缺陷可以贯穿整个设备，而我们新的氮化铝基底基本上消除了它们，” Xing 说。“虽然这需要更详细的研究，但我认为这将在该设备的后续版本中带来巨大的优势。”</p>
</div><h2>Reducing reliance on gallium</h2>
<div class="lb-trans"><h2>减少对氮化镓的依赖</h2>
</div><p>As demand for high-performance electronics grows, so does demand for materials like gallium nitride in applications ranging from smartphone chargers to cell towers. Reducing dependence on gallium is becoming increasingly important for US research and manufacturing, notes Jena.</p>
<div class="lb-trans"><p>随着对高性能电子产品需求的增长，对氮化镓等材料的需求也在增加，这些材料应用于从智能手机充电器到基站的各个领域。减少对氮化镓的依赖对美国的研究和制造变得越来越重要，Jena 指出。</p>
</div><p>“More than 90% of all gallium is produced outside the US, and the critical need for it in semiconductor technology has attracted export restrictions,” notes Jena. “The supply chain has been highly disrupted but, with this particular aluminium nitride XHEMT, we use very, very little gallium, cutting down on its usage by several orders of magnitude,” he adds.</p>
<div class="lb-trans"><p>“超过 90% 的氮化镓是在美国以外生产的，而在半导体技术中对其的关键需求吸引了出口限制，” Jena 指出。“供应链受到严重干扰，但通过这种特定的氮化铝 XHEMT，我们使用的氮化镓非常非常少，减少了几个数量级的使用。”</p>
</div><p>The aluminium nitride single crystal used in the research was produced in collaboration with Crystal IS of Albany, NY, USA (one of only a few manufacturers in the world capable of growing it with the quality required for the XHEMT).</p>
<div class="lb-trans"><p>研究中使用的氮化铝单晶是与美国纽约州奥尔巴尼的 Crystal IS 公司合作生产的（这是全球仅有的几家能够以 XHEMT 所需质量生长氮化铝的制造商之一）。</p>
</div><p>“Aluminium nitride substrates have been used for photonics, but this research really opens the door for electronics applications,” Jena says. “We’re showing that we can take semiconductor materials that were produced here in the US and create new value and new markets for them.”</p>
<div class="lb-trans"><p>“氮化铝基底已被用于光子学，但这项研究真正为电子应用打开了大门，” Jena 说。“我们展示了可以利用在美国生产的半导体材料创造新的价值和市场。”</p>
</div><p>The technology’s progress toward commercial readiness was highlighted on 1 December in APL Materials, which showed wafer-scale growth of the XHEMT structure on 3-inch AlN wafers – work supported through the Northeast Regional Defense Technology Hub NORDTECH.</p>
<div class="lb-trans"><p>该技术向商业化准备的进展在 12 月 1 日的《APL 材料》中得到了强调，展示了在 3 英寸 AlN 晶圆上 XHEMT 结构的晶圆级生长——该工作得到了东北地区国防技术中心 NORDTECH 的支持。</p>
</div><p>The material layers used in the XHEMT were developed at Cornell by doctoral student Yu-Hsin Chen and research associate Jimy Encomendero. Their atomic structures were investigated by doctoral student Naomi Pieczulewski and David Muller (the Samuel B. Eckert Professor of Engineering in the School of Applied and Engineering Physics).</p>
<div class="lb-trans"><p>XHEMT 中使用的材料层由康奈尔大学的博士生 Yu-Hsin Chen 和研究助理 Jimy Encomendero 开发。其原子结构由博士生 Naomi Pieczulewski 和大卫·穆勒（应用与工程物理学院的塞缪尔·B·埃克特工程教授）进行研究。</p>
</div><p>The research was supported by the Army Research Office, the Defense Advanced Research Projects Agency and the Asahi-Kasei Corp. Parts of the research were performed at the Cornell NanoScale Facility and the Cornell Center for Materials Research, both supported by the National Science Foundation.</p>
<div class="lb-trans"><p>该研究得到了美国陆军研究办公室、国防高级研究计划局和旭化成公司的支持。部分研究在康奈尔纳米尺度设施和康奈尔材料研究中心进行，均得到国家科学基金会的支持。</p>
</div><p>Cornell upgrades lab with MOCVD system for next-gen nitride materials</p>
<div class="lb-trans"><p>康奈尔大学升级实验室，配备 MOCVD 系统以开发下一代氮化物材料</p>
</div><p>Cornell’s Huili Grace Xing to receive 2025 University Research Award in Technology from SIA and SRC</p>
<div class="lb-trans"><p>康奈尔的 Huili Grace Xing 将获得 2025 年 SIA 和 SRC 颁发的大学技术研究奖</p>
</div><p>Wide-bandgap electronics</p>
<div class="lb-trans"><p>宽带隙电子学</p>
</div><p>advanced.onlinelibrary.wiley.com</p>
<div class="lb-trans"><p>advanced.onlinelibrary.wiley.com</p>
</div><p>www.engineering.cornell.edu</p>
<div class="lb-trans"><p>www.engineering.cornell.edu</p>
</div>

康奈尔大学在单晶氮化铝基板上开发高电子迁移率晶体管（HEMT）用于射频功率放大器