<p>新闻：微电子</p>
<p>用于 6G 和 X 波段的氮化铝硅在 GaN MISHEMTs 上</p>
<p>日本富士通有限公司声称其首个氮化铝硅（SiAlN）金属 - 绝缘体 - 半导体高电子迁移率晶体管（MIS HEMT）实现了超过 70% 的功率附加效率（PAE）和 10W/mm 的输出功率（Pout），工作频率在 8–12GHz 的 X 波段 [Yuichi Minoura 等，应用物理快报，v19, p021010, 2026]。</p>
<p>SiAlN 组合预计具有较高的介电常数，介于 AlN 和 SiN 的值之间，AlN 的值通常高于 SiN 约 8 的值。高介电常数的栅极堆叠应能抑制降低跨导性能的影响。</p>
<p>高效率和高功率的 X 波段 HEMT 在微波功率放大器中具有潜力。富士通 HEMT 在 8GHz 的性能也落在了为 6G 移动通信提出的第三频段（FR3，7.125–24.25GHz）内。这将增加 5G 的 FR1（0.410–7.125GHz）和 FR2（24.25–71.0GHz）‘新无线电’（NR）频段。</p>
<p>高效率和高功率评级的 X 波段设备的其他用途包括用于具有不同长距离探测范围和高分辨率组合的雷达系统的国防和气象应用。</p>
<p>研究人员评论道：“对于这些应用，确保功率放大器的高输出功率和效率至关重要，以确保通信范围，降低功耗，并简化冷却机制。”</p>
<p>需要 MIS 结构以减少栅极漏电和限制栅极电压摆动对性能的影响。团队报告称：“到目前为止，由于栅介电膜本身的质量和基于 GaN 的半导体界面的问题，尚未实现在 GHz 范围内以超高速度运行的令人满意的 MIS HEMT。”</p>
<p>研究人员评论说，通过增加栅宽来提高输出功率在高频时会遇到问题：“我们认为，通过增加每个手指的栅宽或栅手指的数量来增加总栅宽会导致问题，例如栅电阻的增加和同一设备内的相位失配，当设备尺寸变大时。因此，我们更倾向于在假设足够散热的情况下提高输出功率密度，并以 10W/mm 为目标进行研发。”</p>
<p>该设备的外延材料是通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）在氢化气相外延（HVPE）半绝缘 GaN 基底上生长的（图 1）。</p>
<p><img src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://semiconductor-today.com/news_items/2026/apr/26031_fujitsu_f1.jpg?x-oss-process=image/auto-orient,1/interlace,1/resize,w_1440,h_1440/quality,q_95/format,jpg" alt="" width="1000" height="924" original-src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://semiconductor-today.com/news_items/2026/apr/26031_fujitsu_f1.jpg"/></p>
<p><em>图 1：氮化铝硅 MIS HEMT 的横截面示意图。插图：栅极横截面的透射电子显微镜（TEM）图像。</em></p>
<p>10nm 的 SiAlN 栅极绝缘体也是通过 MOCVD 生长的，紧接着半导体层之后。SiAlN 还提供了钝化。根据 X 射线光电子能谱（XPS）分析，Si:Al 比为 77:23。</p>
<p>研究人员评论道：“在外延生长后立即沉积 SiAlN 可以减少后续设备处理（如等离子体或湿化学处理）对基于 GaN 的半导体的损害。”</p>
<p>然后用 SiN 覆盖 SiAlN，以防止在后续设备处理过程中 SiAlN 上部界面的降解，并作为栅极场板（FP）的一部分。SiAlN 还作为栅极凹槽干法刻蚀的刻蚀停止层，SiN 与 SiAlN 的选择比为 2.8。</p>
<p>对具有 SiAlN 介电体的外延结构进行的后沉积片电阻研究给出了 339Ω/□的值，而仅 SiN 的值为 348Ω/□。</p>
<p>欧姆源/漏电极采用重掺杂的 n-GaN 凹槽，使用 MOCVD 重新生长。欧姆金属接触为钛/铝，栅极金属为镍/金。栅极长度为 0.2μm。源 FP 也使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）SiN 间隔构建。</p>
<p>与肖特基栅结构相比，SiAlN MIS HEMT 在双端栅极测量中显示出高达四个数量级的较低反向和正向栅极漏电流。开启栅极电压从肖特基结构的 0.8V 提高到 MIS HEMT 的 4V。更高的开启电压应能实现更高的输入电压摆动。反向击穿发生在 384V，而肖特基 HEMT 为 194V。</p>
<p>三端测量在 10V 漏电压下给出了最大跨导（gmmax）为 258mS/mm，而肖特基 HEMT 为 338mS/mm。</p>
<p>研究人员评论道：“尽管 SiAlN MIS HEMT 由于存在栅介电体而表现出较低的 gm，但其更深的阈值电压（Vth）使得在栅极电压（Vgs）为 +2V 时，Id 达到了 1325mA/mm，而肖特基 HEMT 为 1069mA/mm。”</p>
<p>MIS 和肖特基 HEMT 的阈值电压（Vth）分别为−5.81V 和−2.42V。在 +4V 栅极电位下，MIS HEMT 的漏电流达到了 1404mA/mm，预示着输出功率密度的增加。</p>
<p>在−0.5V/s 的向下栅极扫描过程中，阈值电压的偏移为 25mV。“Vth 对正栅极偏压预应力的依赖性如此之小，表明栅介电体和介电体/半导体界面的高质量，” 团队报告称。</p>
<p><img src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://semiconductor-today.com/news_items/2026/apr/26031_fujitsu_f2.jpg?x-oss-process=image/auto-orient,1/interlace,1/resize,w_1440,h_1440/quality,q_95/format,jpg" alt="" width="1000" height="945" original-src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://semiconductor-today.com/news_items/2026/apr/26031_fujitsu_f2.jpg"/></p>
<p><em>图 2：在 8GHz 脉冲模式下，通过在晶圆上的负载拉动测量肖特基和 SiAlN MIS HEMT 的功率特性。</em></p>
<p>研究人员进行了 1% 占空比的脉冲操作负载拉动测量（图 2）。在 8GHz 时，当阻抗匹配优化为效率时，功率附加效率达到了 74.3%。相应的输出功率（Pout）为 9.8W/mm。以高输出功率（Pout）为目标的阻抗匹配使 SiAlN HEMT 达到了 10.4W/mm，同时 PAE 为 71.4%。参考肖特基 HEMT 仅实现了 66.0% 的 PAE 和 8.9W/mm 的 Pout。</p>
<p>为了探索 S 波段的性能，该波段也用于无线通信和雷达，研究人员将频率降低到 3GHz。PAE 增加到 80.6%，Pout 也略微增加到 10.5W/mm。因此，研究人员得出结论，SiAlN MIS HEMT 结构可以在广泛的频率范围内提供性能操作。</p>
<p><img src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://semiconductor-today.com/news_items/2026/apr/26031_fujitsu_f3.jpg?x-oss-process=image/auto-orient,1/interlace,1/resize,w_1440,h_1440/quality,q_95/format,jpg" alt="" width="1000" height="953" original-src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://semiconductor-today.com/news_items/2026/apr/26031_fujitsu_f3.jpg"/></p>
<p><em>图 3：GaN 基 HEMT 在 X 波段表现出 5W/mm 的最大 PAE 和输出功率密度基准。</em></p>
<p>研究人员提供了一个基准图，以便与之前的报告进行比较（图 3）。</p>
<p>硅铝氮 GaN MISHEMTs GaN MIS HEMT PECVD MOCVD</p>
<p>https://doi.org/10.35848/1882-0786/ae428a</p>
<p><em>作者 Mike Cooke 是一名自由技术记者，自 1997 年以来一直在半导体和先进技术领域工作。</em></p>

6702

富士通(ADR)

<p>富士通有限公司开发了首个硅铝氮化物（SiAlN）金属 - 绝缘体 - 半导体高电子迁移率晶体管（MIS HEMT），在 8-12GHz 的 X 波段实现了超过 70% 的功率附加效率和 10W/mm 的输出功率。这一创新对 6G 移动通信以及国防和气象应用具有重要意义。SiAlN 结构通过减少栅极漏电流和提高跨导电流来增强性能。与传统肖特基结构相比，该设备表现出更高的开启电压和更低的栅极漏电流，显示出在高效微波功率放大器方面的潜力</p>

<p>News: Microelectronics</p>
<div class="lb-trans"><p>新闻：微电子</p>
</div><p>Silicon aluminium nitride on GaN MISHEMTs for 6G and X-band</p>
<div class="lb-trans"><p>用于 6G 和 X 波段的氮化铝硅在 GaN MISHEMTs 上</p>
</div><p>Japan’s Fujitsu Ltd has claimed the first silicon aluminium nitride (SiAlN) metal-insulator-semiconductor high-electron-mobility transistor (MIS HEMT) to achieve the coexistence of more than 70% power-added efficiency (PAE) and 10W/mm output power (Pout) in the 8–12GHz X-band [Yuichi Minoura et al, Applied Physics Express, v19, p021010, 2026].</p>
<div class="lb-trans"><p>日本富士通有限公司声称其首个氮化铝硅（SiAlN）金属 - 绝缘体 - 半导体高电子迁移率晶体管（MIS HEMT）实现了超过 70% 的功率附加效率（PAE）和 10W/mm 的输出功率（Pout），工作频率在 8–12GHz 的 X 波段 [Yuichi Minoura 等，应用物理快报，v19, p021010, 2026]。</p>
</div><p>The SiAlN combination is expected to have a high dielectric constant, intermediate between the values for AlN and SiN, with AlN tending to be higher than SiN’s value of about 8. A high-dielectric-constant gate stack should suppress effects that degrade transconductance performance.</p>
<div class="lb-trans"><p>SiAlN 组合预计具有较高的介电常数，介于 AlN 和 SiN 的值之间，AlN 的值通常高于 SiN 约 8 的值。高介电常数的栅极堆叠应能抑制降低跨导性能的影响。</p>
</div><p>High-efficiency and high-power X-band HEMTs have potential for microwave power amplifiers. The 8GHz performance of the Fujitsu HEMTs also falls in the third frequency range (FR3, 7.125–24.25GHz) proposed for 6G mobile communications. This would add to the 5G FR1 (0.410–7.125GHz) and FR2 (24.25–71.0GHz) ‘New Radio’ (NR) bands.</p>
<div class="lb-trans"><p>高效率和高功率的 X 波段 HEMT 在微波功率放大器中具有潜力。富士通 HEMT 在 8GHz 的性能也落在了为 6G 移动通信提出的第三频段（FR3，7.125–24.25GHz）内。这将增加 5G 的 FR1（0.410–7.125GHz）和 FR2（24.25–71.0GHz）‘新无线电’（NR）频段。</p>
</div><p>Other uses for X-band devices with high efficiency and power ratings would include defense and meteorological applications for radar systems with varying long detection range and high resolution combinations in compact form factors.</p>
<div class="lb-trans"><p>高效率和高功率评级的 X 波段设备的其他用途包括用于具有不同长距离探测范围和高分辨率组合的雷达系统的国防和气象应用。</p>
</div><p>The researchers comment: “For these applications, it is crucial to achieve both high output power and efficiency in power amplifiers to ensure communication range, reduce power consumption, and simplify cooling mechanisms.”</p>
<div class="lb-trans"><p>研究人员评论道：“对于这些应用，确保功率放大器的高输出功率和效率至关重要，以确保通信范围，降低功耗，并简化冷却机制。”</p>
</div><p>The MIS structure is needed to reduce the performance impacts of gate leakage and constrained gate voltage swing. The team reports: “Until now, satisfactory MIS HEMTs operating at ultra-high speeds in the GHz range have not been realized due to issues with the quality of the gate dielectric film itself and the GaN-based semiconductor interface.”</p>
<div class="lb-trans"><p>需要 MIS 结构以减少栅极漏电和限制栅极电压摆动对性能的影响。团队报告称：“到目前为止，由于栅介电膜本身的质量和基于 GaN 的半导体界面的问题，尚未实现在 GHz 范围内以超高速度运行的令人满意的 MIS HEMT。”</p>
</div><p>The researchers comment that increasing output power by increasing the gate width runs into problems at high frequency: “We believe that increasing the total gate width by increasing the gate width per finger or the number of gate fingers leads to problems such as an increase in gate resistance and phase misalignment within the same device when the device size becomes larger. Therefore, we prefer to increase the output power density, assuming sufficient heat dissipation, and have pursued research and development with a target of 10W/mm.”</p>
<div class="lb-trans"><p>研究人员评论说，通过增加栅宽来提高输出功率在高频时会遇到问题：“我们认为，通过增加每个手指的栅宽或栅手指的数量来增加总栅宽会导致问题，例如栅电阻的增加和同一设备内的相位失配，当设备尺寸变大时。因此，我们更倾向于在假设足够散热的情况下提高输出功率密度，并以 10W/mm 为目标进行研发。”</p>
</div><p>The epitaxial material for the device was grown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) on a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) semi-insulating GaN substrate (Figure 1).</p>
<div class="lb-trans"><p>该设备的外延材料是通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）在氢化气相外延（HVPE）半绝缘 GaN 基底上生长的（图 1）。</p>
</div><p><img src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://semiconductor-today.com/news_items/2026/apr/26031_fujitsu_f1.jpg" alt="" original-src="https://semiconductor-today.com/news_items/2026/apr/26031_fujitsu_f1.jpg"/></p>
<p><em>Figure 1: Cross-sectional GaN SiAlN MIS HEMT scheme. Inset: transmission electron microscope (TEM) image of gate cross-section.</em></p>
<div class="lb-trans"><p><em>图 1：氮化铝硅 MIS HEMT 的横截面示意图。插图：栅极横截面的透射电子显微镜（TEM）图像。</em></p>
</div><p>The 10nm SiAlN gate insulator was also grown by MOCVD, immediately after the semiconductor layers. The SiAlN also provided passivation. The Si:Al ratio was found to be 77:23, according to x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis.</p>
<div class="lb-trans"><p>10nm 的 SiAlN 栅极绝缘体也是通过 MOCVD 生长的，紧接着半导体层之后。SiAlN 还提供了钝化。根据 X 射线光电子能谱（XPS）分析，Si:Al 比为 77:23。</p>
</div><p>The researchers comment: “Depositing the SiAlN just after epitaxial growth can reduce damage to the GaN-based semiconductor from subsequent device processing, such as plasma or wet chemical treatments.”</p>
<div class="lb-trans"><p>研究人员评论道：“在外延生长后立即沉积 SiAlN 可以减少后续设备处理（如等离子体或湿化学处理）对基于 GaN 的半导体的损害。”</p>
</div><p>The SiAlN was then covered with SiN with a view to preventing degradation of the upper interface of the SiAlN during subsequent device processes and as part of a gate field-plate (FP). The SiAlN also served as an etch stop for the gate recess dry etch with a selectivity ratio of 2.8 for SiN over the SiAlN.</p>
<div class="lb-trans"><p>然后用 SiN 覆盖 SiAlN，以防止在后续设备处理过程中 SiAlN 上部界面的降解，并作为栅极场板（FP）的一部分。SiAlN 还作为栅极凹槽干法刻蚀的刻蚀停止层，SiN 与 SiAlN 的选择比为 2.8。</p>
</div><p>A post-deposition sheet resistance study on epitaxial structures with the SiAlN dielectric gave a value of 339Ω/□, compared with 348Ω/□ for SiN only.</p>
<div class="lb-trans"><p>对具有 SiAlN 介电体的外延结构进行的后沉积片电阻研究给出了 339Ω/□的值，而仅 SiN 的值为 348Ω/□。</p>
</div><p>The ohmic source/drain electrodes were recessed with re-grown heavily doped n-GaN also applied using MOCVD. The ohmic metal contacts were titanium/aluminium. The gate metal was nickel/gold. The gate length was 0.2μm. A source FP was also constructed using a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) SiN spacer.</p>
<div class="lb-trans"><p>欧姆源/漏电极采用重掺杂的 n-GaN 凹槽，使用 MOCVD 重新生长。欧姆金属接触为钛/铝，栅极金属为镍/金。栅极长度为 0.2μm。源 FP 也使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）SiN 间隔构建。</p>
</div><p>Compared with a Schottky gate structure, the SiAlN MIS HEMT showed up to four orders of magnitude lower reverse and forward gate leakage current in two-terminal gate measurements. The turn-on gate voltage was increased from 0.8V for the Schottky structure to 4V for the MIS HEMT. The higher turn-on should enable a higher input voltage swing. The reverse breakdown occurred at 384V, compared with 194V for a Schottky HEMT.</p>
<div class="lb-trans"><p>与肖特基栅结构相比，SiAlN MIS HEMT 在双端栅极测量中显示出高达四个数量级的较低反向和正向栅极漏电流。开启栅极电压从肖特基结构的 0.8V 提高到 MIS HEMT 的 4V。更高的开启电压应能实现更高的输入电压摆动。反向击穿发生在 384V，而肖特基 HEMT 为 194V。</p>
</div><p>Three-terminal measurements gave a maximum transconductance (gmmax) of 258mS/mm at 10V drain bias, compared with 338mS/mm for the Schottky HEMT.</p>
<div class="lb-trans"><p>三端测量在 10V 漏电压下给出了最大跨导（gmmax）为 258mS/mm，而肖特基 HEMT 为 338mS/mm。</p>
</div><p>The researchers comment: “Although the SiAlN MIS HEMT exhibited a lower gm due to the presence of the gate dielectric, its deeper Vth enabled a larger Id of 1325mA/mm at a gate voltage (Vgs) of +2V, compared to 1069mA/mm for the Schottky HEMT.”</p>
<div class="lb-trans"><p>研究人员评论道：“尽管 SiAlN MIS HEMT 由于存在栅介电体而表现出较低的 gm，但其更深的阈值电压（Vth）使得在栅极电压（Vgs）为 +2V 时，Id 达到了 1325mA/mm，而肖特基 HEMT 为 1069mA/mm。”</p>
</div><p>The threshold voltages (Vth) for the MIS and Schottky HEMTs were −5.81V and −2.42V, respectively. At +4V gate potential the drain current of the MIS HEMT reached 1404mA/mm, promising for increased output power density.</p>
<div class="lb-trans"><p>MIS 和肖特基 HEMT 的阈值电压（Vth）分别为−5.81V 和−2.42V。在 +4V 栅极电位下，MIS HEMT 的漏电流达到了 1404mA/mm，预示着输出功率密度的增加。</p>
</div><p>The threshold shift during −0.5V/s downward gate sweeps was 25mV. “This remarkably small dependence of Vth on the positive gate bias pre-stress indicates the high quality of both the gate dielectric and the dielectric/semiconductor interface,” the team reports.</p>
<div class="lb-trans"><p>在−0.5V/s 的向下栅极扫描过程中，阈值电压的偏移为 25mV。“Vth 对正栅极偏压预应力的依赖性如此之小，表明栅介电体和介电体/半导体界面的高质量，” 团队报告称。</p>
</div><p><img src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://semiconductor-today.com/news_items/2026/apr/26031_fujitsu_f2.jpg" alt="" original-src="https://semiconductor-today.com/news_items/2026/apr/26031_fujitsu_f2.jpg"/></p>
<p><em>Figure 2: Power characteristics of Schottky and SiAlN MIS HEMTs by on-wafer load-pull measurements in pulse mode at 8GHz.</em></p>
<div class="lb-trans"><p><em>图 2：在 8GHz 脉冲模式下，通过在晶圆上的负载拉动测量肖特基和 SiAlN MIS HEMT 的功率特性。</em></p>
</div><p>The researchers performed load-pull measurements with 1% duty cycle for pulsed operation (Figure 2). At 8GHz, the power-added efficiency reached 74.3%, when the impedance matching was optimized for efficiency. The corresponding output power (Pout) was 9.8W/mm. With impedance matching aimed at high output power (Pout) the SiAlN HEMT achieved 10.4W/mm, along with 71.4% PAE. The reference Schottky HEMT only managed 66.0% PAE and 8.9W/mm Pout.</p>
<div class="lb-trans"><p>研究人员进行了 1% 占空比的脉冲操作负载拉动测量（图 2）。在 8GHz 时，当阻抗匹配优化为效率时，功率附加效率达到了 74.3%。相应的输出功率（Pout）为 9.8W/mm。以高输出功率（Pout）为目标的阻抗匹配使 SiAlN HEMT 达到了 10.4W/mm，同时 PAE 为 71.4%。参考肖特基 HEMT 仅实现了 66.0% 的 PAE 和 8.9W/mm 的 Pout。</p>
</div><p>To explore performance in the S-band, also used in wireless communications and radar, the researchers reduced the frequency to 3GHz. The PAE increased to 80.6% with Pout also increasing slightly to 10.5W/mm. Thus, the researchers conclude that the SiAlN MIS HEMT structure could offer performance operation across a wide range of frequencies.</p>
<div class="lb-trans"><p>为了探索 S 波段的性能，该波段也用于无线通信和雷达，研究人员将频率降低到 3GHz。PAE 增加到 80.6%，Pout 也略微增加到 10.5W/mm。因此，研究人员得出结论，SiAlN MIS HEMT 结构可以在广泛的频率范围内提供性能操作。</p>
</div><p><img src="https://imageproxy.pbkrs.com/https://semiconductor-today.com/news_items/2026/apr/26031_fujitsu_f3.jpg" alt="" original-src="https://semiconductor-today.com/news_items/2026/apr/26031_fujitsu_f3.jpg"/></p>
<p><em>Figure 3: Benchmark of maximum PAE and output power density for GaN-based HEMTs exhibiting 5W/mm at X-band.</em></p>
<div class="lb-trans"><p><em>图 3：GaN 基 HEMT 在 X 波段表现出 5W/mm 的最大 PAE 和输出功率密度基准。</em></p>
</div><p>The researchers present a benchmark plot to compare with previous reports (Figure 3).</p>
<div class="lb-trans"><p>研究人员提供了一个基准图，以便与之前的报告进行比较（图 3）。</p>
</div><p>Silicon aluminium nitride GaN MISHEMTs GaN MIS HEMT PECVD MOCVD</p>
<div class="lb-trans"><p>硅铝氮 GaN MISHEMTs GaN MIS HEMT PECVD MOCVD</p>
</div><p>https://doi.org/10.35848/1882-0786/ae428a</p>
<div class="lb-trans"><p>https://doi.org/10.35848/1882-0786/ae428a</p>
</div><p><em>The author Mike Cooke is a freelance technology journalist who has worked in the semiconductor and advanced technology sectors since 1997.</em></p>
<div class="lb-trans"><p><em>作者 Mike Cooke 是一名自由技术记者，自 1997 年以来一直在半导体和先进技术领域工作。</em></p>
</div>

氮化硅铝在氮化镓 MISHEMTs 中的应用：面向 6G 和 X 波段