硅基氮化镓（GaN-on-Si）HEMT 在 5G 毫米波频段的优势
法国 SOITEC 公司与新加坡南洋理工大学的研究人员报道，适度微缩的硅基氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN-on-Si HEMT）在 30GHz 工作时，功率附加效率（PAE）突破 60%。
该器件同时实现了低至 1.1dB 的业界领先噪声系数。
研究人员表示：“这些结果表明，结合优化的外延结构与工艺，适度微缩即可带来具备竞争力的技术方案。”
研究团队认为，这类3–6V 低压射频器件适用于 5G 高频毫米波频段（FR2，24.25–71.0GHz）的单片集成移动收发（T/R）模块。
5G 低频段 FR1：410–7125MHz
拟议中的 FR3（尚未正式确定）：7.125–24.25GHz，用于填补 FR1 与 FR2 之间的频段空白
现有技术（如锗硅异质结双极晶体管 mSiGe HBT、砷化镓赝晶高电子迁移率晶体管 GaAs pHEMT）难以满足 FR2 频段的严苛要求。
移动终端大批量市场需要低成本、可大规模量产的方案，而高性能硅基氮化镓 HEMT 平台恰好可以提供这一可能。
器件结构与制备
研究中使用的氮化镓材料通过 ** 金属有机化学气相沉积（MOCVD）在高阻硅（Si）衬底上生长。结构包含背势垒与顶势垒，分别由铝镓氮（AlGaN）和铟铝氮（InAlN）** 合金构成。
研究人员指出：
“铟铝氮势垒带来强极化效应与更小的栅 — 沟道距离，提升了对二维电子气（2DEG）的控制能力。此外，超薄氮化镓沟道与铝镓氮背势垒结构进一步增强了电子限制效应，有效抑制短沟道效应并降低沟道噪声。”
深度 80nm 的 n 型氮化镓源漏接触区在 725°C 下通过 ** 分子束外延（MBE）** 再生长。T 型栅采用镍 / 金（Ni/Au）结构。
钝化层为双层结构：
250°C 原子层沉积（ALD） 氧化铝（Al₂O₃），10nm
300°C 等离子体增强化学气相沉积（PECVD） 氮化硅（SiNₓ），60nm
目的是抑制表面陷阱效应与漏电。
器件性能
研究人员表示，该钝化方案将 150nm 栅长（Lg）器件的电流崩塌率从 80% 以上降至 24%，栅滞后为 10%。
该 HEMT 的其他关键测试参数：
最大漏极电流：1.58A/mm
导通电阻：1.48Ω・mm
阈值电压：−2.9V
6V 漏极偏置下峰值跨导：0.52S/mm
小信号频率特性（100nm 栅长器件）
10V 漏压：截止频率 fT = 100GHz，最高振荡频率 fmax = 254GHz
5V 漏压：fmax 仍超过 200GHz
研究团队补充：“栅长 150nm 的器件仍实现了优异的 fmax×Lg = 34.9GHz·μm，可与极致微缩后的硅基氮化镓 HEMT 最高报道值媲美。”
功率附加效率（PAE）
100nm 栅长器件在 3–6V 全低压区间内 PAE 均超过 60%，在 3V 和 4V 时达到峰值 63.7%。
研究团队称：“得益于双层钝化结构对表面陷阱的有效抑制，连续波（CW）与脉冲模式下性能无明显差异。”
线性增益随栅长变化：
150nm：10.8dB
100nm：11.1dB
60nm：14.7dB
研究人员表示：“低压下的高效率表现证明了其在移动终端应用中的潜力。”
噪声性能
在冷源法测试系统中，器件展现出优异的低噪声特性：
得益于超薄沟道、铝镓氮背势垒与再生长欧姆接触带来的出色电子限制、高增益与低寄生电阻，器件在 10GHz–40GHz（FR3 至 FR2） 频段内实现 最小噪声系数 NFmin < 1.4dB，且无需极致横向微缩。
最低 NFmin：1.1dB，对应增益 Ga = 8.3dB
频率降至 13GHz 时：NFmin = 0.8dB，Ga = 14.1dB
缩小栅长可进一步提升增益、降低噪声系数
对标与结论
与已有文献对比，该团队宣称：
在无需极致横向微缩的 100nm 栅长条件下，实现了超过 60% 的创纪录高效率与1.1dB 的业界顶尖噪声性能。
进一步对标显示，与硅基氮化镓（GaN-on-Si）及成本更高的碳化硅基氮化镓（GaN-on-SiC）相比，本次研制的 HEMT 同时具备高效率与低噪声的综合优势。
关键词： 硅基氮化镓 GaN-on-Si HEMT 5G毫米波 SOITEC
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