← 返回
基于硅基氮化镓HEMT的D波段功率放大，实现10 V下0.67 W/mm输出
GaN-on-Si HEMT for D-Band Power Amplification Demonstrating 0.67 W/mm at 10 V
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | GaN-on-Si HEMT D波段 功率放大 输出功率 功率附加效率 |
语言:
中文摘要
本快报报道了一款硅基氮化镓（GaN-on-Si）高电子迁移率晶体管（HEMT）在D波段的功率放大情况。一款栅长（${L}_{g}$）为140纳米的硅基氮化铝/氮化镓/氮化铝镓（AlN/GaN/AlGaN）金属 - 绝缘体 - 半导体（MIS） - HEMT实现了最大漏极电流（${I}_{\textit {dmax}}$）为2.0安/毫米、最大跨导（${g}_{\textit {mmax}}$）为0.65西/毫米，以及截止频率（${f}_{T}$）/最高振荡频率（${f}_{\textit {max}}$）为112/205吉赫兹。在123吉赫兹（连续波，CW）下进行的负载牵引测试表明，在静态漏极偏置电压（${V}_{\textit {ds}}$）为10伏时，最大输出功率（${P}_{\textit {out}}$）达到0.67瓦/毫米。当输出功率（${P}_{\textit {out}}$）为0.36瓦/毫米（${V}_{\textit {ds}} = 5$伏）时，峰值功率附加效率（PAE）达到5.3%。据作者所知，此次演示标志着已发表的硅基氮化镓HEMT在功率放大方面达到了最高频率（且首次达到D波段），从而揭示了硅基氮化镓电子器件在亚太赫兹6G通信领域的广阔应用前景。
English Abstract
This Letter reports power amplification by a GaN-on-Si high electron mobility transistor (HEMT) in D-band. An AlN/GaN/AlGaN-on-Si metal-insulator-semiconductor (MIS)-HEMT with L_g=140 nm achieved I_ dmax=2.0 A/mm, g_ mmax=0.65 S/mm, and f_T / f_ max=112 / 205 GHz. Load-pull at 123 GHz (continuous wave, CW) demonstrated a maximum output power ( P_ out ) of 0.67 W/mm at a quiescent drain bias ( V_ ds ) of 10 V. The peak power-added efficiency (PAE) of 5.3 % was achieved at P_ out of 0.36 W/mm ( V_ ds=5 V). To the best of the authors’ knowledge, this demonstration marks the highest frequency (and the first-time reaching D-band) in power amplification among published GaN-on-Si HEMTs, therefore revealing the promising potential of GaN-on-Si electronics for sub-THz 6G communication.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项GaN-on-Si HEMT在D波段功率放大领域的突破具有重要的技术参考价值，尽管其直接应用场景与公司当前主营业务存在差异。
该研究展示的GaN-on-Si技术在123 GHz频段实现0.67 W/mm的功率密度，主要面向6G通信等sub-THz应用。对于阳光电源而言，其技术价值体现在以下几个维度：首先，GaN器件的高频特性验证（fT/fmax达112/205 GHz）为下一代高频开关电源和数字控制系统提供了技术演进路径。虽然光伏逆变器工作频率远低于D波段，但GaN器件在高频下的优异性能表明其在中低频段具有更大的效率提升空间和热管理优势。
其次，GaN-on-Si衬底技术的成熟对降低成本具有战略意义。相比传统GaN-on-SiC方案，硅基GaN可利用成熟的硅基产业链，这与阳光电源追求高性价比功率器件的需求高度契合。若该技术路径在功率等级上实现突破，可为公司大功率逆变器和储能变流器提供更具竞争力的半导体解决方案。
然而，该技术目前仍处于实验室阶段，功率密度和效率水平（峰值PAE仅5.3%）距离工业级功率电子应用要求存在显著差距。阳光电源需关注的是GaN技术在中低频段（数十至数百kHz）的功率处理能力、可靠性和成本下降曲线。建议公司持续跟踪GaN-on-Si技术在650V/1200V耐压等级的发展动态，评估其在组串式逆变器、储能PCS等产品中的应用可行性，同时加强与上游半导体厂商的技术合作，为未来3-5年的产品迭代储备技术方案。