AlPN/GaN HEMTs: 5G और 6G सर्किट्स में अल्ट्रा-लो नॉइज़ के लिए नया मानक

क्वाला लुम्पुर, मलेशिया, स्रोत:

5G नेटवर्क्स की तेज गति से होने वाली विकास प्रक्रिया और 6G के शुरुआती चरणों ने ऐसे सेमीकंडक्टर सामग्रियों की जरूरत को और बढ़ा दिया है जो उच्च गति को अधिक विश्वसनीयता के साथ संभाल सकें। गैलियम नाइट्राइड (GaN) हाई इलेक्ट्रॉन मोबिलिटी ट्रांजिस्टर (HEMTs) लंबे समय से हाई पावर और हाई फ्रीक्वेंसी एप्लिकेशन के लिए आधारभूत ढांचा रहे हैं। फिर भी संवेदनशील रेडियो फ्रीक्वेंसी फ्रंट-एंड में नॉइज़ परफॉर्मेंस को लेकर एक स्थिर चुनौती बनी हुई है। क्वालालंपुर यूनिवर्सिटी, शारजाह यूनिवर्सिटी और करुनिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी और साइंसेज के शोधकर्ताओं द्वारा सितंबर 2026 में प्रकाशित एक हालिया अध्ययन इसका एक compelling समाधान पेश करता है। उन्होंने Aluminum Phosphide Nitride (AlPN) को एक बैरियर सामग्री के रूप में पेश किया है जो आंतरिक RF नॉइज़ को काफी कम कर देता है।

परंपरागत AlGaN/GaN HEMTs ध्रुवीकरण-प्रेरित आवेशों पर निर्भर करते हैं ताकि एक दो-आयामी इलेक्ट्रॉन गैस चैनल बन सके। यह दृष्टिकोण प्रभावी तो है लेकिन तनाव प्रबंधन और समायोज्यता में सीमाएं आती हैं। एल्यूमीनियम गैलियम नाइट्राइड बैरियर को एल्यूमीनियम फॉस्फाइड नाइट्राइड मिश्र धातु से बदलकर इंजीनियर जालक पैरामीटर और ध्रुवीकरण गुणों पर सटीक नियंत्रण प्राप्त करते हैं। शोध टीम ने भौतिकी-आधारित TCAD सिमुलेशन फ्रेमवर्क का उपयोग किया ताकि यह जांचा जा सके कि फॉस्फोरस के मोल अंश को बदलने से डिवाइस व्यवहार पर क्या असर पड़ता है।

विश्लेषण से एक विशेष sweet spot सामने आया। 10 प्रतिशत फॉस्फोरस संयोजन वाहक परिबद्धन और स्थायी नियंत्रण के बीच एक अनुकूलित संतुलन बनाता है। इस सटीक विन्यास पर, डिवाइस ने 10 GHz पर केवल 0.75 dB का न्यूनतम नॉइज़ फिगर प्राप्त किया। यह पारंपरिक AlGaN उपकरणों की तुलना में एक महत्वपूर्ण सुधार है जो समान परिस्थितियों में आमतौर पर 1.6 dB से अधिक का नॉइज़ फिगर दिखाते हैं। यह कमी बढ़ी हुई 2DEG घनत्व और कम चैनल प्रतिरोध से आती है जो सीधे तापीय नॉइज़ उत्पादन को दबा देता है।

सबस्ट्रेट का चयन इन परिणामों को प्राप्त करने में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। सिलिकॉन सबस्ट्रेट्स की तुलना में, सिलिकॉन कार्बाइड पर बने AlPN/GaN HEMTs ने और भी कम नॉइज़ फिगर दिखाए। SiC की बेहतर ऊष्मा चालकता अधिक कुशल ऊष्मा अपव्यय की अनुमति देती है। संचालन में यह स्थिरता दोष-संबंधित उतार-चढ़ाव को further दबा देती है। SiC सबस्ट्रेट पर अनुकूलित AlPN/GaN HEMT ने 20 GHz पर 1.8 dB का अद्भुत न्यूनतम नॉइज़ फिगर प्राप्त किया। यह मिलीमीटर-वेव एप्लिकेशन के लिए इसके योग्य होने का प्रमाण है।

यह उन्नति अगली पीढ़ी के लो-नॉइज़ एम्पलीफायर, मिक्सर और ऑसिलेटर्स के लिए एक स्पष्ट डिजाइन पथ प्रदान करती है। बैरियर सामग्री को इंजीनियरिंग करके और उपयुक्त सबस्ट्रेट्स का चयन करके अब निर्माता ऐसी RF कंपोनेंट्स बना सकते हैं जो उच्च सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात और अधिक सिस्टम विश्वसनीयता प्रदान करें। ये सुधार बिना पावर डेंसिटी या कटऑफ फ्रीक्वेंसी में समझौता किए हुए आए हैं। यह हाई-फ्रीक्वेंसी सर्किट परफॉर्मेंस के लिए एक महत्वपूर्ण कदम है।