業界第一支基于金剛石的氮化鎵的高電子遷移率晶體管

業界第一支基于金剛石的氮化鎵的高電子遷移率晶體管

許多軍用RF系統，如雷達和通信系統，正使用一種單片微波集成電路（MIMIC，MMIC）類型的功率放大器。MMIC PA利用GaN晶體管已獲得了極具前景的增強RF性能，但其工作性能正受到熱電阻的極大影響。大部分這種電阻來自于集成電路中的基底材料與GaN晶體管連接處的熱電偶接合（thermal junction）部位，如果該接合點和基底的熱性能差，則溫度將會升高，性能將會降低。

最近的DARAP近合點熱傳輸（NJTT）工作已驗證了一種業界第一支基于金剛石的氮化鎵的高電子遷移率晶體管（HEMT）。在早期的試驗中，相對于商業可用器件，該基于金剛石的氮化鎵晶體管已展示了大幅降低的接合點溫度。相應的晶體管已大幅改進了熱性能，這有可能進一步改進RF系統的性能。

據DARPA項目經理稱：“這些基于金剛石的氮化鎵HEMT可能促成比現有最新GaN放大器尺寸小3倍的新一代RF功率放大器（PA）。更小的放大器有尺寸更小、重量更輕和功耗更低的性能。此外，這類PA還可能能夠實現3倍的輸出功率，使通信系統的信號更強或雷達系統的作用距離更遠。幾乎全部RF系統能夠利用該基于金剛石的氮化鎵放大器獲得更高功率、更高效率和更小尺寸組合的益處。”

在MMIC PA中，溫度最急劇的上升發生于接合點以下1微米處，直接關系整個晶片的熱傳導性。“如果使用一種與GaN密切接觸的高導熱率基底，就可讓我們獲得高超的耐熱性和熱沉性。我們希望該研究將大幅改進現代受散熱限制的高功率RF系統。”

利用一種新外延傳輸方法，TriQuint半導體公司已能夠將GaN從其生長的基底中移開，并將其置于一種與其密切接觸的人工生長、特別準備的金剛石基底上。該人造金剛石擁有已知人造材料中最高的導熱率，是普通半導體材料——硅的10倍。

該NJTT項目是DARPA熱管理技術（TMT）項目中的工作之一，致力于降低復合半導體器件近接合部位的熱電阻。NJTT項目始于2011年，正在開發通過基于金剛石基底的GaN和SiC的外延方式轉移熱量，以及通過SiC熱侵蝕而使金剛石直接生長的方式轉移熱量。該TMT的目標是開發和優化新納米結構材料以及其他用于熱管理系統的最新進展。 （中電網）