Imec 的研究人员为移动应用的射频晶体管性能树立了新的标杆。他们展示了一种硅基氮化镓 (GaN) MOSHEMT(金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管)，该晶体管在低电源电压下工作的增强型 (E-mode) 器件实现了创纪录的效率和输出功率。

同时，imec还展示了创纪录的0.024Ω·mm的低接触电阻，这对于进一步提高未来设计的输出功率至关重要。

该成果标志着将GaN技术集成到下一代移动设备(尤其是针对7至24GHz之间6G FR3频段的设备)中迈出了关键一步。该成果已在日本京都举行的2025年VLSI技术与电路研讨会上发表。

当今的移动网络大多运行在 6GHz 以下，但为了满足未来 6G 系统的数据速率需求，需要转向更高的频率。在这些频段，目前基于砷化镓(GaAs) HBT(异质结双极晶体管)的移动解决方案难以维持性能。

它们的效率和增益在10至15GHz以上会显著下降，导致电池快速耗尽，用户设备能耗低。GaN因其更高的功率密度和击穿电压而被广泛认为是一种很有前景的替代方案。虽然碳化硅(SiC)基GaN晶体管在高频基站应用中表现出了强大的射频性能，但SiC的成本和有限的晶圆可扩展性仍然是移动市场发展的障碍。

硅是一种更具可扩展性和成本效益的平台，但由于两种材料之间的晶格和热不匹配，在其上构建高效 GaN 晶体管一直具有挑战性，这可能会影响材料质量和设备可靠性。

对于增强模式设计而言，挑战更大——这种设计因其故障安全操作和低功耗而在移动设备中备受青睐——因为它通常需要减薄栅极下方的晶体管势垒和沟道。这会限制导通电流并增加关断态漏电流，从而更难实现 6G 所需的功率、效率和增益。

Imec 现已演示一款硅基氮化镓增强型 MOSHEMT，其在 13GHz 和 5V 电压下达到了创纪录的 27.8dBm(1W/mm)输出功率和 66% 的功率附加效率 (PAE)。该结果是在具有 8 指栅极布局的单个器件中获得的，该器件提供了高输出功率所需的栅极宽度，而无需多个晶体管的组合功率。

这种优异的性能是通过将栅极凹槽技术(用于将器件转换为 E 模式)与 InAlN 阻挡层(用于抵消通道变薄造成的性能损失)相结合而实现的。

在器件开发的同时，imec 使用再生长 n + (In)GaN 层实现了创纪录的 0.024Ω·mm 的低接触电阻，从而最大限度地提高了电流流动，并最大限度地降低了功率损耗。虽然该结果是在单独的模块中获得的，但它与 E-mode 晶体管架构完全兼容。

仿真表明，集成该接触模块可提高输出功率密度70%，满足6G用户设备的性能目标。

imec 技术人员首席成员 Alireza Alian 表示：“降低接触电阻对于提高输出功率并保持高效率至关重要。”

“我们的下一步是将这个接触模块集成到E-mode晶体管中，并验证预期的功率和效率增益，使该设备更接近现实世界的6G应用。”