<p>新聞：微電子</p>
<p>用於 6G 和 X 波段的氮化鋁硅在 GaN MISHEMTs 上</p>
<p>日本富士通有限公司聲稱其首個氮化鋁硅（SiAlN）金屬 - 絕緣體 - 半導體高電子遷移率晶體管（MIS HEMT）實現了超過 70% 的功率附加效率（PAE）和 10W/mm 的輸出功率（Pout），工作頻率在 8–12GHz 的 X 波段 [Yuichi Minoura 等，應用物理快報，v19, p021010, 2026]。</p>
<p>SiAlN 組合預計具有較高的介電常數，介於 AlN 和 SiN 的值之間，AlN 的值通常高於 SiN 約 8 的值。高介電常數的柵極堆疊應能抑制降低跨導性能的影響。</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潛力。富士通 HEMT 在 8GHz 的性能也落在了為 6G 移動通信提出的第三頻段（FR3，7.125–24.25GHz）內。這將增加 5G 的 FR1（0.410–7.125GHz）和 FR2（24.25–71.0GHz）‘新無線電’（NR）頻段。</p>
<p>高效率和高功率評級的 X 波段設備的其他用途包括用於具有不同長距離探測範圍和高分辨率組合的雷達系統的國防和氣象應用。</p>
<p>研究人員評論道：“對於這些應用，確保功率放大器的高輸出功率和效率至關重要，以確保通信範圍，降低功耗，並簡化冷卻機制。”</p>
<p>需要 MIS 結構以減少柵極漏電和限制柵極電壓擺動對性能的影響。團隊報告稱：“到目前為止，由於柵介電膜本身的質量和基於 GaN 的半導體界面的問題，尚未實現在 GHz 範圍內以超高速度運行的令人滿意的 MIS HEMT。”</p>
<p>研究人員評論説，通過增加柵寬來提高輸出功率在高頻時會遇到問題：“我們認為，通過增加每個手指的柵寬或柵手指的數量來增加總柵寬會導致問題，例如柵電阻的增加和同一設備內的相位失配，當設備尺寸變大時。因此，我們更傾向於在假設足夠散熱的情況下提高輸出功率密度，並以 10W/mm 為目標進行研發。”</p>
<p>該設備的外延材料是通過金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）在氫化氣相外延（HVPE）半絕緣 GaN 基底上生長的（圖 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>圖 1：氮化鋁硅 MIS HEMT 的橫截面示意圖。插圖：柵極橫截面的透射電子顯微鏡（TEM）圖像。</em></p>
<p>10nm 的 SiAlN 柵極絕緣體也是通過 MOCVD 生長的，緊接着半導體層之後。SiAlN 還提供了鈍化。根據 X 射線光電子能譜（XPS）分析，Si:Al 比為 77:23。</p>
<p>研究人員評論道：“在外延生長後立即沉積 SiAlN 可以減少後續設備處理（如等離子體或濕化學處理）對基於 GaN 的半導體的損害。”</p>
<p>然後用 SiN 覆蓋 SiAlN，以防止在後續設備處理過程中 SiAlN 上部界面的降解，並作為柵極場板（FP）的一部分。SiAlN 還作為柵極凹槽幹法刻蝕的刻蝕停止層，SiN 與 SiAlN 的選擇比為 2.8。</p>
<p>對具有 SiAlN 介電體的外延結構進行的後沉積片電阻研究給出了 339Ω/□的值，而僅 SiN 的值為 348Ω/□。</p>
<p>歐姆源/漏電極採用重摻雜的 n-GaN 凹槽，使用 MOCVD 重新生長。歐姆金屬接觸為鈦/鋁，柵極金屬為鎳/金。柵極長度為 0.2μm。源 FP 也使用等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）SiN 間隔構建。</p>
<p>與肖特基柵結構相比，SiAlN MIS HEMT 在雙端柵極測量中顯示出高達四個數量級的較低反向和正向柵極漏電流。開啓柵極電壓從肖特基結構的 0.8V 提高到 MIS HEMT 的 4V。更高的開啓電壓應能實現更高的輸入電壓擺動。反向擊穿發生在 384V，而肖特基 HEMT 為 194V。</p>
<p>三端測量在 10V 漏電壓下給出了最大跨導（gmmax）為 258mS/mm，而肖特基 HEMT 為 338mS/mm。</p>
<p>研究人員評論道：“儘管 SiAlN MIS HEMT 由於存在柵介電體而表現出較低的 gm，但其更深的閾值電壓（Vth）使得在柵極電壓（Vgs）為 +2V 時，Id 達到了 1325mA/mm，而肖特基 HEMT 為 1069mA/mm。”</p>
<p>MIS 和肖特基 HEMT 的閾值電壓（Vth）分別為−5.81V 和−2.42V。在 +4V 柵極電位下，MIS HEMT 的漏電流達到了 1404mA/mm，預示着輸出功率密度的增加。</p>
<p>在−0.5V/s 的向下柵極掃描過程中，閾值電壓的偏移為 25mV。“Vth 對正柵極偏壓預應力的依賴性如此之小，表明柵介電體和介電體/半導體界面的高質量，” 團隊報告稱。</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>圖 2：在 8GHz 脈衝模式下，通過在晶圓上的負載拉動測量肖特基和 SiAlN MIS HEMT 的功率特性。</em></p>
<p>研究人員進行了 1% 佔空比的脈衝操作負載拉動測量（圖 2）。在 8GHz 時，當阻抗匹配優化為效率時，功率附加效率達到了 74.3%。相應的輸出功率（Pout）為 9.8W/mm。以高輸出功率（Pout）為目標的阻抗匹配使 SiAlN HEMT 達到了 10.4W/mm，同時 PAE 為 71.4%。參考肖特基 HEMT 僅實現了 66.0% 的 PAE 和 8.9W/mm 的 Pout。</p>
<p>為了探索 S 波段的性能，該波段也用於無線通信和雷達，研究人員將頻率降低到 3GHz。PAE 增加到 80.6%，Pout 也略微增加到 10.5W/mm。因此，研究人員得出結論，SiAlN MIS HEMT 結構可以在廣泛的頻率範圍內提供性能操作。</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>圖 3：GaN 基 HEMT 在 X 波段表現出 5W/mm 的最大 PAE 和輸出功率密度基準。</em></p>
<p>研究人員提供了一個基準圖，以便與之前的報告進行比較（圖 3）。</p>
<p>硅鋁氮 GaN MISHEMTs GaN MIS HEMT PECVD MOCVD</p>
<p>https://doi.org/10.35848/1882-0786/ae428a</p>
<p><em>作者 Mike Cooke 是一名自由技術記者，自 1997 年以來一直在半導體和先進技術領域工作。</em></p>

6702

富士通(ADR)

<p>富士通有限公司開發了首個硅鋁氮化物（SiAlN）金屬 - 絕緣體 - 半導體高電子遷移率晶體管（MIS HEMT），在 8-12GHz 的 X 波段實現了超過 70% 的功率附加效率和 10W/mm 的輸出功率。這一創新對 6G 移動通信以及國防和氣象應用具有重要意義。SiAlN 結構通過減少柵極漏電流和提高跨導電流來增強性能。與傳統肖特基結構相比，該設備表現出更高的開啓電壓和更低的柵極漏電流，顯示出在高效微波功率放大器方面的潛力</p>

<p>News: Microelectronics</p>
<div class="lb-trans"><p>新聞：微電子</p>
</div><p>Silicon aluminium nitride on GaN MISHEMTs for 6G and X-band</p>
<div class="lb-trans"><p>用於 6G 和 X 波段的氮化鋁硅在 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聲稱其首個氮化鋁硅（SiAlN）金屬 - 絕緣體 - 半導體高電子遷移率晶體管（MIS HEMT）實現了超過 70% 的功率附加效率（PAE）和 10W/mm 的輸出功率（Pout），工作頻率在 8–12GHz 的 X 波段 [Yuichi Minoura 等，應用物理快報，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 組合預計具有較高的介電常數，介於 AlN 和 SiN 的值之間，AlN 的值通常高於 SiN 約 8 的值。高介電常數的柵極堆疊應能抑制降低跨導性能的影響。</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潛力。富士通 HEMT 在 8GHz 的性能也落在了為 6G 移動通信提出的第三頻段（FR3，7.125–24.25GHz）內。這將增加 5G 的 FR1（0.410–7.125GHz）和 FR2（24.25–71.0GHz）‘新無線電’（NR）頻段。</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>高效率和高功率評級的 X 波段設備的其他用途包括用於具有不同長距離探測範圍和高分辨率組合的雷達系統的國防和氣象應用。</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>研究人員評論道：“對於這些應用，確保功率放大器的高輸出功率和效率至關重要，以確保通信範圍，降低功耗，並簡化冷卻機制。”</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 結構以減少柵極漏電和限制柵極電壓擺動對性能的影響。團隊報告稱：“到目前為止，由於柵介電膜本身的質量和基於 GaN 的半導體界面的問題，尚未實現在 GHz 範圍內以超高速度運行的令人滿意的 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>研究人員評論説，通過增加柵寬來提高輸出功率在高頻時會遇到問題：“我們認為，通過增加每個手指的柵寬或柵手指的數量來增加總柵寬會導致問題，例如柵電阻的增加和同一設備內的相位失配，當設備尺寸變大時。因此，我們更傾向於在假設足夠散熱的情況下提高輸出功率密度，並以 10W/mm 為目標進行研發。”</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>該設備的外延材料是通過金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）在氫化氣相外延（HVPE）半絕緣 GaN 基底上生長的（圖 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>圖 1：氮化鋁硅 MIS HEMT 的橫截面示意圖。插圖：柵極橫截面的透射電子顯微鏡（TEM）圖像。</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 柵極絕緣體也是通過 MOCVD 生長的，緊接着半導體層之後。SiAlN 還提供了鈍化。根據 X 射線光電子能譜（XPS）分析，Si:Al 比為 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>研究人員評論道：“在外延生長後立即沉積 SiAlN 可以減少後續設備處理（如等離子體或濕化學處理）對基於 GaN 的半導體的損害。”</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>然後用 SiN 覆蓋 SiAlN，以防止在後續設備處理過程中 SiAlN 上部界面的降解，並作為柵極場板（FP）的一部分。SiAlN 還作為柵極凹槽幹法刻蝕的刻蝕停止層，SiN 與 SiAlN 的選擇比為 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>對具有 SiAlN 介電體的外延結構進行的後沉積片電阻研究給出了 339Ω/□的值，而僅 SiN 的值為 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>歐姆源/漏電極採用重摻雜的 n-GaN 凹槽，使用 MOCVD 重新生長。歐姆金屬接觸為鈦/鋁，柵極金屬為鎳/金。柵極長度為 0.2μm。源 FP 也使用等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）SiN 間隔構建。</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>與肖特基柵結構相比，SiAlN MIS HEMT 在雙端柵極測量中顯示出高達四個數量級的較低反向和正向柵極漏電流。開啓柵極電壓從肖特基結構的 0.8V 提高到 MIS HEMT 的 4V。更高的開啓電壓應能實現更高的輸入電壓擺動。反向擊穿發生在 384V，而肖特基 HEMT 為 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>三端測量在 10V 漏電壓下給出了最大跨導（gmmax）為 258mS/mm，而肖特基 HEMT 為 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>研究人員評論道：“儘管 SiAlN MIS HEMT 由於存在柵介電體而表現出較低的 gm，但其更深的閾值電壓（Vth）使得在柵極電壓（Vgs）為 +2V 時，Id 達到了 1325mA/mm，而肖特基 HEMT 為 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 的閾值電壓（Vth）分別為−5.81V 和−2.42V。在 +4V 柵極電位下，MIS HEMT 的漏電流達到了 1404mA/mm，預示着輸出功率密度的增加。</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 的向下柵極掃描過程中，閾值電壓的偏移為 25mV。“Vth 對正柵極偏壓預應力的依賴性如此之小，表明柵介電體和介電體/半導體界面的高質量，” 團隊報告稱。</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>圖 2：在 8GHz 脈衝模式下，通過在晶圓上的負載拉動測量肖特基和 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>研究人員進行了 1% 佔空比的脈衝操作負載拉動測量（圖 2）。在 8GHz 時，當阻抗匹配優化為效率時，功率附加效率達到了 74.3%。相應的輸出功率（Pout）為 9.8W/mm。以高輸出功率（Pout）為目標的阻抗匹配使 SiAlN HEMT 達到了 10.4W/mm，同時 PAE 為 71.4%。參考肖特基 HEMT 僅實現了 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>為了探索 S 波段的性能，該波段也用於無線通信和雷達，研究人員將頻率降低到 3GHz。PAE 增加到 80.6%，Pout 也略微增加到 10.5W/mm。因此，研究人員得出結論，SiAlN MIS HEMT 結構可以在廣泛的頻率範圍內提供性能操作。</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>圖 3：GaN 基 HEMT 在 X 波段表現出 5W/mm 的最大 PAE 和輸出功率密度基準。</em></p>
</div><p>The researchers present a benchmark plot to compare with previous reports (Figure 3).</p>
<div class="lb-trans"><p>研究人員提供了一個基準圖，以便與之前的報告進行比較（圖 3）。</p>
</div><p>Silicon aluminium nitride GaN MISHEMTs GaN MIS HEMT PECVD MOCVD</p>
<div class="lb-trans"><p>硅鋁氮 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 是一名自由技術記者，自 1997 年以來一直在半導體和先進技術領域工作。</em></p>
</div>

氮化硅鋁在氮化鎵 MISHEMTs 中的應用：面向 6G 和 X 波段