HEMT AlPN/GaN: Standar Baru untuk Noise Ultra-Rendah pada Sirkuit 5G dan 6G

Kuala Lumpur, Malaysia, Sumber:

Evolusi cepat jaringan 5G dan tahap awal pengembangan 6G telah meningkatkan kebutuhan akan material semikonduktor yang mampu menangani kecepatan lebih tinggi dengan keandalan lebih besar. Transistor Mobility Elektron Tinggi (HEMT) Gallium Nitride (GaN) telah lama menjadi tulang punggung aplikasi daya tinggi dan frekuensi tinggi. Namun, tantangan terkait kinerja noise pada front-end radio frequency yang sensitif masih terus ada. Studi terbaru yang diterbitkan pada September 2026 oleh peneliti dari Universiti Kuala Lumpur, University of Sharjah, dan Karunya Institute of Technology and Sciences menawarkan solusi menarik. Mereka memperkenalkan Aluminum Phosphide Nitride (AlPN) sebagai material penghalang yang secara signifikan mengurangi noise RF intrinsik.

HEMT AlGaN/GaN tradisional mengandalkan muatan yang diinduksi polarisasi untuk membentuk saluran gas elektron dua dimensi. Meskipun efektif, pendekatan ini sering menghadapi keterbatasan dalam manajemen tegangan dan penyesuaian. Dengan mengganti penghalang aluminum gallium nitride dengan paduan aluminum phosphide nitride, para insinyur mendapatkan kontrol presisi atas parameter kisi dan sifat polarisasi. Tim penelitian menggunakan kerangka simulasi TCAD berbasis fisika untuk memeriksa bagaimana variasi fraksi mol fosfor memengaruhi perilaku perangkat.

Analisis menunjukkan adanya titik optimal. Komposisi fosfor sebesar 10 persen mencapai keseimbangan ideal antara konfinemen pembawa dan kontrol elektrostatik. Pada konfigurasi ini, perangkat mencapai figure noise minimum hanya 0,75 dB pada 10 GHz. Ini merupakan peningkatan substansial dibandingkan perangkat AlGaN konvensional yang biasanya menampilkan figure noise di atas 1,6 dB dalam kondisi serupa. Pengurangan ini berasal dari densitas 2DEG yang meningkat dan resistansi saluran yang berkurang, yang secara langsung menekan generasi noise termal.

Pemilihan substrat juga memainkan peran kritis dalam mencapai hasil ini. Ketika dibandingkan dengan substrat silikon, HEMT AlPN/GaN yang dibangun di atas Silicon Carbide (SiC) menunjukkan figure noise yang bahkan lebih rendah. Konduktivitas termal superior SiC memungkinkan disipasi panas yang lebih efisien. Stabilitas operasi ini lebih lanjut menekan fluktuasi terkait defek. HEMT AlPN/GaN yang dioptimalkan pada substrat SiC mencapai figure noise minimum luar biasa sebesar 1,8 dB pada 20 GHz. Hal ini membuktikan kelayakannya untuk aplikasi gelombang milimeter.

Kemajuan ini memberikan jalur desain yang jelas untuk amplifier, mixer, dan osilator low-noise generasi berikutnya. Dengan merekayasa material penghalang dan memilih substrat yang sesuai, produsen kini dapat menghasilkan komponen RF yang menawarkan rasio signal-to-noise lebih tinggi dan keandalan sistem yang lebih besar. Peningkatan ini datang tanpa mengorbankan densitas daya atau frekuensi cutoff, menandai langkah maju yang signifikan untuk kinerja sirkuit frekuensi tinggi.