近期，康奈爾大學的研究人員開發了一種新的晶體管架構——XHEMT，實現了在塊狀單晶氮化鋁上構建超薄氮化鎵，不僅可以改變高功率無線電子產品的設計方式，還有助于緩解美國關鍵半導體材料供應鏈脆弱性的問題。
作為第三代半導體的代表，氮化鎵器件相較于傳統硅基器件具有更寬的禁帶寬度，使其能夠在更高電壓和溫度下穩定工作，同時具備更高的電子遷移率，有助于實現更高的工作頻率和更低的導通損耗。因此，在高頻、高功率電子應用中展現出顯著優勢，能夠在5G通信、快速充電、射頻功率放大及新能源汽車等領域顯著提升能效、縮小系統體積并增強整體性能，是推動下一代電子技術發展的關鍵材料之一。
然而，傳統氮化鎵器件通常在硅、碳化硅或藍寶石襯底上生長，存在晶格失配和熱膨脹系數不匹配等問題。XHEMT 創新性地采用與 Crystal IS 公司合作的氮化鋁作為襯底，不僅實現材料層間良好的晶格匹配，將晶體缺陷降低約百萬倍，還憑借氮化鋁優異的熱導率，使溝道溫度顯著低于其他技術方案。加之氮化鋁自身耐高溫、耐高壓的特性，器件可在更高功率下穩定運行，從而拓展通信距離或提升雷達性能，為下一代器件發展奠定基礎。
而值得一提的是，美國目前90%以上的鎵依賴進口，而XHEMT所需鎵含量極低，較傳統器件減少數個數量級，而同時這項研究也為氮化鋁襯底在電子學領域的應用開辟了新路徑，有望依托美國本土材料，降低對氮化鎵的進口依賴，增強供應鏈的自主性與韌性。
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信息來源：techxplore
作者：粉體圈
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