--- title: "氮化硅铝在氮化镓 MISHEMTs 中的应用：面向 6G 和 X 波段" type: "News" locale: "zh-CN" url: "https://longbridge.com/zh-CN/news/283183384.md" description: "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" datetime: "2026-04-17T18:37:20.000Z" locales: - [zh-CN](https://longbridge.com/zh-CN/news/283183384.md) - [en](https://longbridge.com/en/news/283183384.md) - [zh-HK](https://longbridge.com/zh-HK/news/283183384.md) --- # 氮化硅铝在氮化镓 MISHEMTs 中的应用：面向 6G 和 X 波段 新闻：微电子 用于 6G 和 X 波段的氮化铝硅在 GaN MISHEMTs 上 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 \[Yuichi Minoura 等，应用物理快报，v19, p021010, 2026\]。 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。 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。 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。 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。” 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。” 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。” 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）。 _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。_ 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。 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。” 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。 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/□。 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。 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。 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。 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。” 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。 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。 _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。_ 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。 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。 _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。_ 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）。 硅铝氮 GaN MISHEMTs GaN MIS HEMT PECVD MOCVD https://doi.org/10.35848/1882-0786/ae428a _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。_ ### 相关股票 - [6702.JP](https://longbridge.com/zh-CN/quote/6702.JP.md) - [FJTSY.US](https://longbridge.com/zh-CN/quote/FJTSY.US.md) ## 相关资讯与研究 - [足利银行推出富士通的服务，支持遗产程序的数字化](https://longbridge.com/zh-CN/news/286754878.md) - [富士通与东京科学合作启动联合研究中心，旨在推动量子硬件的进步和人才的培养](https://longbridge.com/zh-CN/news/286532476.md) - [6G 概念涨幅居前，5 月 16 日-5 月 18 日共有 22 位基金经理发生任职变动](https://longbridge.com/zh-CN/news/286743272.md) - [Micropolis 因年报延迟提交收到纽交所不合规通知，面临最长 12 个月摘牌宽限期](https://longbridge.com/zh-CN/news/286938193.md) - [波士顿奥马哈出售保证保险业务，聚焦核心增长战略](https://longbridge.com/zh-CN/news/286797773.md)