HEMTs AlPN/GaN: O novo padrão para ruído ultra-baixo em circuitos 5G e 6G

A rápida evolução das redes 5G e as primeiras etapas do desenvolvimento do 6G intensificaram a necessidade de materiais semicondutores capazes de lidar com velocidades mais altas e maior confiabilidade. Os transistores HEMT de nitreto de gálio (GaN) têm sido a base para aplicações de alta potência e alta frequência. No entanto, ainda persiste um desafio relacionado ao desempenho de ruído nas front-endes de radiofrequência sensíveis. Um estudo recente publicado em setembro de 2026 por pesquisadores da Universiti Kuala Lumpur, da Universidade de Sharjah e do Instituto de Tecnologia e Ciências Karunya oferece uma solução promissora. Eles introduzem o fosfeto-nitreto de alumínio (AlPN) como material de barreira que reduz significativamente o ruído intrínseco de RF.

Os HEMTs tradicionais de AlGaN/GaN dependem de cargas induzidas por polarização para formar um canal de gás eletrônico bidimensional. Embora eficazes, essa abordagem frequentemente enfrenta limitações no gerenciamento de tensão e na ajustabilidade. Ao substituir a barreira de nitreto de alumínio e gálio por uma liga de fosfeto-nitreto de alumínio, os engenheiros ganham controle preciso sobre os parâmetros de rede e as propriedades de polarização. A equipe de pesquisa utilizou um framework de simulação TCAD baseado em física para examinar como a variação da fração molar de fósforo influencia o comportamento do dispositivo.

A análise revelou um ponto ideal específico. Uma composição de fósforo de 10 por cento estabelece um equilíbrio ótimo entre confinamento de portadores e controle eletrostático. Nessa configuração precisa, o dispositivo atingiu uma figura de ruído mínima de apenas 0,75 dB a 10 GHz. Isso representa uma melhoria substancial em relação aos dispositivos convencionais de AlGaN, que normalmente apresentam figuras de ruído acima de 1,6 dB sob condições semelhantes. A redução decorre da densidade aprimorada de 2DEG e da resistência de canal reduzida, o que suprime diretamente a geração de ruído térmico.

A seleção do substrato também desempenha um papel crucial na obtenção desses resultados. Quando comparados aos substratos de silício, os HEMTs AlPN/GaN construídos sobre carbeto de silício demonstraram figuras de ruído ainda menores. A condutividade térmica superior do SiC permite uma dissipação de calor mais eficiente. Essa estabilidade operacional suprime ainda mais as flutuações relacionadas a defeitos. O HEMT otimizado de AlPN/GaN em substrato de SiC alcançou uma figura de ruído mínima notável de 1,8 dB a 20 GHz. Isso comprova sua viabilidade para aplicações de ondas milimétricas.

Este avanço fornece um caminho claro de projeto para amplificadores, misturadores e osciladores de baixo ruído de próxima geração. Ao projetar o material da barreira e selecionar substratos adequados, os fabricantes podem agora produzir componentes de RF que oferecem maiores relações sinal-ruído e maior confiabilidade do sistema. Essas melhorias ocorrem sem sacrificar a densidade de potência ou as frequências de corte, marcando um passo significativo para o desempenho de circuitos de alta frequência.