HEMTs AlPN/GaN: El nuevo estándar para ultra bajo ruido en circuitos 5G y 6G

Kuala Lumpur, Malasia, Fuente:

La rápida evolución de las redes 5G y el inicio del desarrollo del 6G han intensificado la necesidad de materiales semiconductores capaces de manejar mayores velocidades con mayor fiabilidad. Los transistores de alta movilidad electrónica (HEMT) de nitruro de galio (GaN) han sido durante mucho tiempo la base de las aplicaciones de alta potencia y alta frecuencia. Sin embargo, persiste un desafío importante en cuanto al rendimiento del ruido en los frontales de radiofrecuencia sensibles. Un estudio reciente publicado en septiembre de 2026 por investigadores de la Universiti Kuala Lumpur, la Universidad de Sharjah y el Instituto de Tecnología y Ciencias Karunya ofrece una solución convincente. Introducen el fosfuro-nitruro de aluminio (AlPN) como material de barrera que reduce significativamente el ruido RF intrínseco.

Los HEMT tradicionales de AlGaN/GaN dependen de cargas inducidas por polarización para formar un canal de gas electrónico bidimensional. Aunque este enfoque es efectivo, a menudo enfrenta limitaciones en la gestión de la tensión y la sintonización. Al sustituir la barrera de nitruro de galio de aluminio por una aleación de fosfuro-nitruro de aluminio, los ingenieros obtienen un control preciso sobre los parámetros de red y las propiedades de polarización. El equipo de investigación utilizó un marco de simulación TCAD basado en física para examinar cómo la variación de la fracción molar de fósforo influye en el comportamiento del dispositivo.

El análisis reveló un punto dulce específico. Una composición de fósforo del diez por ciento logra un equilibrio óptimo entre el confinamiento de portadores y el control electrostático. En esta configuración precisa, el dispositivo alcanzó una figura de ruido mínima de solo 0.75 dB a 10 GHz. Esto representa una mejora sustancial frente a los dispositivos convencionales de AlGaN, que suelen mostrar figuras de ruido superiores a 1.6 dB en condiciones similares. La reducción se debe a una densidad de 2DEG mejorada y una resistencia de canal reducida, lo que suprime directamente la generación de ruido térmico.

La selección del sustrato también juega un papel crucial para lograr estos resultados. En comparación con los sustratos de silicio, los HEMT AlPN/GaN construidos sobre carburo de silicio demostraron figuras de ruido aún más bajas. La superior conductividad térmica del SiC permite una disipación de calor más eficiente. Esta estabilidad operativa suprime adicionalmente las fluctuaciones relacionadas con defectos. El HEMT AlPN/GaN optimizado en un sustrato de SiC logró una notable figura de ruido mínima de 1.8 dB a 20 GHz. Esto demuestra su viabilidad para aplicaciones de ondas milimétricas.

Este avance proporciona una ruta de diseño clara para amplificadores, mezcladores y osciladores de bajo ruido de próxima generación. Al diseñar el material de barrera y seleccionar sustratos adecuados, los fabricantes pueden ahora producir componentes de RF que ofrecen mayores relaciones señal-ruido y mayor fiabilidad del sistema. Estas mejoras llegan sin sacrificar la densidad de potencia ni las frecuencias de corte, marcando un paso significativo hacia adelante para el rendimiento de circuitos de alta frecuencia.