氮化铝缓冲层 HEMT最新研究

核心突破：打破功率瓶颈

此前，业界普遍认为基于氮化铝（AlN）缓冲层的 HEMT 器件，其连续波（CW）输出功率难以超过6 W/mm。这导致许多人对该技术持怀疑态度，尽管 AlN 拥有极佳的导热性能，但实际输出功率却一直“拉胯”。

这次的突破在于：团队成功将输出功率提升至11.7 W/mm（在 50V 漏源电压下），几乎是此前记录的两倍。这直接证明了 6 W/mm 并非该技术的物理极限，而是一个可以通过工艺改进克服的障碍。

技术原理：如何实现翻倍？

这次成功的关键在于同时解决了两个相互制约的难题：电流崩塌（Current Collapse）和击穿电压（Breakdown Voltage）。

传统困境：以往为了提升击穿电压（让器件更耐高压），往往会牺牲高频性能或导致电流崩塌（即电压升高时电流异常下降）。

新方案：

• 材料结构：采用金属极性异质结构，生长在半绝缘 SiC（碳化硅）衬底上。外延层堆栈包括 AlN 缓冲层、未掺杂的 GaN 沟道和 AlGaN 势垒层。
• 关键改进：通过减少表面陷阱电荷（Surface Traps），团队在降低电流崩塌的同时，反而将击穿电压提升到了98 V。
• 热管理：测量显示，从 2DEG（二维电子气）沟道到 SiC 衬底的热阻仅为5.5 m²K/GW。这大约是传统 1.5 µm 厚 GaN 缓冲层 HEMT 热阻的三分之一。这意味着热量能更快地导出，是实现高功率输出的物理基础。

性能数据对比

这项技术不仅仅是实验室里的数据，已经有了明确的商业化路径：

• 商业化时间表：依托美国本土供应链，Soctera 计划在今年年底（2026年底）推出首批可量产的功率放大器（PA）样品。
• 应用目标：专门针对下一代通信网络（如 5G/6G 基站、卫星通信等）。相比于传统方案，这种器件能显著减小设备的体积、重量和成本。
• 下一步研发：
  • 源极连接场板（Source-connected field plates）：用于进一步增强击穿电压和功率处理能力。
  • 量产优化：目前团队正致力于扩大生产规模，提高晶圆良率和均匀性，为大规模量产做准备。

编者观点：

这项工作证明了 AlN 缓冲层 HEMT 不仅能拥有优异的散热能力，还能实现超高的功率密度。这对于追求高效率、高频率的射频和功率电子市场来说，是一个极具价值的技术路线。