--- title: "氮化硅鋁在氮化鎵 MISHEMTs 中的應用：面向 6G 和 X 波段" type: "News" locale: "zh-HK" url: "https://longbridge.com/zh-HK/news/283183384.md" description: "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" 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) --- # 氮化硅鋁在氮化鎵 MISHEMTs 中的應用：面向 6G 和 X 波段 新聞：微電子 用於 6G 和 X 波段的氮化鋁硅在 GaN MISHEMTs 上 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 \[Yuichi Minoura 等，應用物理快報，v19, p021010, 2026\]。 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。 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。 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。 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。” 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。” 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。” 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）。 _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。_ 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。 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。” 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。 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/□。 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。 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。 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。 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。” 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。 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。 _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。_ 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。 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。 _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。_ 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）。 硅鋁氮 GaN MISHEMTs GaN MIS HEMT PECVD MOCVD https://doi.org/10.35848/1882-0786/ae428a _作者 Mike Cooke 是一名自由技術記者，自 1997 年以來一直在半導體和先進技術領域工作。_ ### 相關股票 - [6702.JP](https://longbridge.com/zh-HK/quote/6702.JP.md) - [FJTSY.US](https://longbridge.com/zh-HK/quote/FJTSY.US.md) ## 相關資訊與研究 - [富士通與東京科學合作啓動聯合研究中心，旨在推動量子硬件的進步和人才的培養](https://longbridge.com/zh-HK/news/286532476.md) - [日本官方加碼補助 Rapidus 衝刺 2 奈米 IBM 富士通估為客户](https://longbridge.com/zh-HK/news/282435427.md) - [打造 6G 發展環境 數發部：拚今年底提出頻譜整備方案](https://longbridge.com/zh-HK/news/286263317.md) - [中華電：AI 相關營收翻倍、衞星訂單逾 10 億](https://longbridge.com/zh-HK/news/286210239.md) - [《中國要聞》工信部批覆 6G 技術試驗頻率：支持在部分地區開展試驗](https://longbridge.com/zh-HK/news/285649757.md)