HEMT-транзисторы AlPN/GaN: новый стандарт сверхнизкого шума для цепей 5G и 6G

Быстрое развитие сетей пятого поколения и ранние этапы разработки шестого поколения усилили потребность в полупроводниковых материалах. Эти материалы должны обеспечивать более высокие скорости при повышенной надежности. Транзисторы с высокой подвижностью электронов на основе нитрида галлия (GaN HEMT) уже давно стали основой для приложений с высокой мощностью и частотой. Однако сохраняется проблема уровня шума в чувствительных радиочастотных трактах. В сентябре 2026 года исследователи из Университета Куала-Лумпура, Университета Шарджи и Технологического института Каруния опубликовали исследование. Они предложили эффективное решение. В качестве барьерного материала используется фосфид-нитрид алюминия (AlPN). Этот материал значительно снижает собственный радиочастотный шум.

Традиционные транзисторы AlGaN/GaN HEMT используют поляризационно-индуцированные заряды для формирования канала двумерного электронного газа. Этот подход эффективен, но часто сталкивается с ограничениями по управлению напряжением и настройке параметров. Замена барьера из нитрида алюминия-галлия на сплав фосфид-нитрида алюминия дает инженерам точный контроль над параметрами решетки и свойствами поляризации. Команда исследователей использовала физически обоснованную среду TCAD-симуляции. Они изучили влияние доли фосфора на поведение устройства.

Анализ выявил оптимальный диапазон. Состав фосфора на уровне десяти процентов обеспечивает идеальный баланс между удержанием носителей заряда и электростатическим управлением. При такой конфигурации устройство достигло минимальной фигуры шума всего 0,75 дБ на частоте 10 ГГц. Это значительное улучшение по сравнению с традиционными устройствами AlGaN. У них фигура шума обычно превышает 1,6 дБ в аналогичных условиях. Снижение шума обусловлено повышенной плотностью двумерного электронного газа и уменьшенным сопротивлением канала. Это напрямую подавляет генерацию теплового шума.

Выбор подложки также критически важен для достижения этих результатов. Транзисторы AlPN/GaN HEMT на карбиде кремния (SiC) показали еще более низкую фигуру шума по сравнению с устройствами на кремниевых подложках. Высокая теплопроводность SiC обеспечивает более эффективный отвод тепла. Стабильность работы дополнительно подавляет флуктуации, связанные с дефектами. Оптимизированный транзистор AlPN/GaN HEMT на подложке SiC достиг впечатляющей минимальной фигуры шума 1,8 дБ на частоте 20 ГГц. Это подтверждает его пригодность для миллиметроволновых применений.

Это достижение задает четкий путь проектирования для малошумящих усилителей, смесителей и генераторов следующего поколения. Инженеры могут управлять материалом барьера и выбирать подходящие подложки. Производители теперь могут создавать радиочастотные компоненты с высоким отношением сигнал/шум и большей надежностью системы. Эти улучшения достигаются без снижения плотности мощности или частоты отсечки. Это важный шаг вперед в производительности высокочастотных схем.