法國 SOITEC 公司與新加坡南洋理工大學的研究人員報道，適度微縮的硅基氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN-on-Si HEMT）在 30GHz 工作時，功率附加效率（PAE）突破 60%。

該器件同時實現了低至 1.1dB 的業界領先噪聲系數。

研究人員表示：“這些結果表明，結合優化的外延結構與工藝，適度微縮即可帶來具備競爭力的技術方案。”

研究團隊認為，這類3–6V 低壓射頻器件適用于 5G 高頻毫米波頻段（FR2，24.25–71.0GHz）的單片集成移動收發（T/R）模塊。

• 5G 低頻段 FR1：410–7125MHz

• 擬議中的 FR3（尚未正式確定）：7.125–24.25GHz，用于填補 FR1 與 FR2 之間的頻段空白

現有技術（如鍺硅異質結雙極晶體管 mSiGe HBT、砷化鎵贗晶高電子遷移率晶體管 GaAs pHEMT）難以滿足 FR2 頻段的嚴苛要求。

移動終端大批量市場需要低成本、可大規模量產的方案，而高性能硅基氮化鎵 HEMT 平臺恰好可以提供這一可能。

器件結構與制備

研究中使用的氮化鎵材料通過 ** 金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）在高阻硅（Si）襯底上生長。結構包含背勢壘與頂勢壘，分別由鋁鎵氮（AlGaN）和銦鋁氮（InAlN）** 合金構成。

研究人員指出：

“銦鋁氮勢壘帶來強極化效應與更小的柵 — 溝道距離，提升了對二維電子氣（2DEG）的控制能力。此外，超薄氮化鎵溝道與鋁鎵氮背勢壘結構進一步增強了電子限制效應，有效抑制短溝道效應并降低溝道噪聲。”

深度 80nm 的 n 型氮化鎵源漏接觸區在 725°C 下通過 ** 分子束外延（MBE）** 再生長。T 型柵采用鎳 / 金（Ni/Au）結構。

鈍化層為雙層結構：

• 250°C 原子層沉積（ALD） 氧化鋁（Al?O?），10nm

• 300°C 等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）      氮化硅（SiN?），60nm

目的是抑制表面陷阱效應與漏電。

器件性能

研究人員表示，該鈍化方案將 150nm 柵長（Lg）器件的電流崩塌率從 80% 以上降至 24%，柵滯后為 10%。

該 HEMT 的其他關鍵測試參數：

• 最大漏極電流：1.58A/mm

• 導通電阻：1.48Ω?mm

• 閾值電壓：?2.9V

• 6V 漏極偏置下峰值跨導：0.52S/mm

小信號頻率特性（100nm 柵長器件）

• 10V 漏壓：截止頻率 fT = 100GHz，最高振蕩頻率 fmax = 254GHz

• 5V 漏壓：fmax 仍超過      200GHz

研究團隊補充：“柵長 150nm 的器件仍實現了優異的 fmax×Lg = 34.9GHz·μm，可與極致微縮后的硅基氮化鎵 HEMT 最高報道值媲美。”

功率附加效率（PAE）

100nm 柵長器件在 3–6V 全低壓區間內 PAE 均超過 60%，在 3V 和 4V 時達到峰值 63.7%。

研究團隊稱：“得益于雙層鈍化結構對表面陷阱的有效抑制，連續波（CW）與脈沖模式下性能無明顯差異。”

線性增益隨柵長變化：

• 150nm：10.8dB

• 100nm：11.1dB

• 60nm：14.7dB

研究人員表示：“低壓下的高效率表現證明了其在移動終端應用中的潛力。”

噪聲性能

在冷源法測試系統中，器件展現出優異的低噪聲特性：

得益于超薄溝道、鋁鎵氮背勢壘與再生長歐姆接觸帶來的出色電子限制、高增益與低寄生電阻，器件在 10GHz–40GHz（FR3 至 FR2） 頻段內實現 最小噪聲系數 NFmin < 1.4dB，且無需極致橫向微縮。

• 最低 NFmin：1.1dB，對應增益 Ga = 8.3dB

• 頻率降至 13GHz 時：NFmin = 0.8dB，Ga = 14.1dB

• 縮小柵長可進一步提升增益、降低噪聲系數

對標與結論

與已有文獻對比，該團隊宣稱：

在無需極致橫向微縮的 100nm 柵長條件下，實現了超過 60% 的創紀錄高效率與1.1dB 的業界頂尖噪聲性能。

進一步對標顯示，與硅基氮化鎵（GaN-on-Si）及成本更高的碳化硅基氮化鎵（GaN-on-SiC）相比，本次研制的 HEMT 同時具備高效率與低噪聲的綜合優勢。