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用于Ka波段低压无线通信应用的高性能AlN/GaN/AlN/GaN双通道鳍式HEMT
High Performance AlN/GaN/AlN/GaN Double Channel Fin-HEMT For Ka-band Low Voltage Wireless Communication Applications
| 作者 | Can Gong · Minhan Mi · Yuwei Zhou · Ting Meng · Xinyao Zhang · Tianhao Liu |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年9月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 双沟道Fin - HEMT Ka波段 低电压 移动通信 功率附加效率 |
语言:
中文摘要
在本文中，提出了一种用于Ka波段低压移动通信应用的高性能AlN/GaN/AlN/GaN双沟道鳍式高电子迁移率晶体管（DCF - HEMT）。得益于鳍式结构，所制备的DCF - HEMT展现出了改善的关态栅极控制特性。该晶体管的薄层电阻（$R_{\mathrm{SH}}$）低至$174 \Omega /$□，源漏间距短至$1.5 \mu \mathrm{~m}$，AlN/GaN/AlN/GaN DCF - HEMT实现了高达$2613 \mathrm{~mA} / \mathrm{mm}$的最大电流密度。双沟道结构分散了关态电场，使得电流崩塌率低至约7.5%。在28 GHz和低工作电压下进行了负载牵引测量。当以最大功率附加效率（PAE）进行匹配时，所提出的DCF - HEMT在6 V电压下的峰值功率附加效率为56.83%，在10 V电压下为61.55%。当以最大输出功率（$P_{\text {OUT }}$）进行匹配时，该晶体管在6 V电压下的饱和功率密度（$P_{\text {SAT }}$）为$3.13 \mathrm{~W} / \mathrm{mm}$，在10 V电压下为5.31 W/mm。此外，34.07 dBm的三阶输出截点（OIP₃）凸显了AlN/GaN/AlN/GaN DCF - HEMT出色的线性性能。这些优异的结果揭示了AlN/GaN/AlN/GaN DCF - HEMT在Ka波段低压无线通信应用中的巨大潜力。
English Abstract
In this letter, a high performance AIN/GaN/AIN/GaNIn this letter, a high performance AIN/GaN/AIN/GaNdoublechannelFin-HEMT (DCF-HEMT) is proposed for Ka-band low voltage mobile communication applications. Attributed to Fin-structure, the fabricated DCF-HEMT demonstrated improved off-state gate control characteristics. With a low sheet resistance ( R_SH ) of 174 / □ and the short source-drain spacing of 1.5 ~m , the AIN/GaN/AIN/GaN DCF-HEMT delivered a high maximum current density of 2613 ~mA / mm . The off-state electric field was dispersed by double-channel structure, resulting in a low current collapse of about 7.5%. The load-pull measurements were carried out at 28 GHz and low operating voltages. The proposed DCF-HEMT delivered a peak power-added efficiency (PAE) of 56.83% at 6 V and 61.55% at 10 V, when matched for maximum PAE. It also achieved a saturated power density ( P_ SAT ) of 3.13 ~W / mm at 6 V and 5.31 W/mm at 10 V, when matched for maximum P_ OUT . Moreover, an OIP3 of 34.07 dBm highlights the excellent linearity performance of the AIN/GaN/AIN/GaN DCF-HEMT. The excellent results reveal the great potential of AIN/GaN/AIN/GaN DCF-HEMT in low voltage wireless communication applications at Ka -band.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这篇关于AlN/GaN双沟道Fin-HEMT器件的研究虽然聚焦于Ka波段无线通信应用，但其核心技术突破对我司功率电子产品具有重要的借鉴价值和潜在应用前景。
该器件展现的技术特性与我司光伏逆变器、储能变流器等核心产品的技术需求存在显著契合点。首先，双沟道结构实现的低薄层电阻（174Ω/□）和高电流密度（2613 mA/mm）特性，对提升功率器件的导通性能具有启发意义。其次，仅7.5%的电流崩塌表明该结构有效改善了器件的动态特性，这对于逆变器开关频率提升和效率优化至关重要。更值得关注的是，该器件在低电压工作条件下（6V、10V）仍能保持56.83%和61.55%的高功率附加效率，这与当前光伏系统向低压大电流方向发展的趋势高度吻合。
然而，需要理性评估的是，该技术目前仍处于实验室研发阶段，距离工业化应用尚有距离。GaN器件从射频向功率电子领域的技术迁移需要解决诸多挑战：包括大尺寸晶圆制造的成本控制、高温高压工况下的长期可靠性验证、以及与现有硅基工艺的兼容性问题。对阳光电源而言，可以将此作为前瞻性技术储备方向，特别是在下一代高频高效逆变器、车载充电机等对功率密度和效率要求极高的应用场景中，该双沟道GaN技术路线具有潜在的突破价值。建议保持技术跟踪，适时开展预研合作，为未来产品代际升级做好技术准备。