業(yè)界第一支基于金剛石的氮化鎵的高電子遷移率晶體管

業(yè)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(tǒng)，如雷達(dá)和通信系統(tǒng)，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(qiáng)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(diǎn)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(diǎn)熱傳輸（NJTT）工作已驗(yàn)證了一種業(yè)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(yàn)中，相對于商業(yè)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(diǎn)溫度。相應(yīng)的晶體管已大幅改進(jìn)了熱性能，這有可能進(jìn)一步改進(jìn)RF系統(tǒng)的性能。

據(jù)DARPA項(xiàng)目經(jīng)理稱：“這些基于金剛石的氮化鎵HEMT可能促成比現(xiàn)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?qū)崿F(xiàn)3倍的輸出功率，使通信系統(tǒng)的信號更強(qiáng)或雷達(dá)系統(tǒng)的作用距離更遠(yuǎn)。幾乎全部RF系統(tǒng)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(fā)生于接合點(diǎn)以下1微米處，直接關(guān)系整個晶片的熱傳導(dǎo)性。“如果使用一種與GaN密切接觸的高導(dǎo)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(jìn)現(xiàn)代受散熱限制的高功率RF系統(tǒng)。”

利用一種新外延傳輸方法，TriQuint半導(dǎo)體公司已能夠?qū)aN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(zhǔn)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(dǎo)熱率，是普通半導(dǎo)體材料——硅的10倍。

該NJTT項(xiàng)目是DARPA熱管理技術(shù)（TMT）項(xiàng)目中的工作之一，致力于降低復(fù)合半導(dǎo)體器件近接合部位的熱電阻。NJTT項(xiàng)目始于2011年，正在開發(fā)通過基于金剛石基底的GaN和SiC的外延方式轉(zhuǎn)移熱量，以及通過SiC熱侵蝕而使金剛石直接生長的方式轉(zhuǎn)移熱量。該TMT的目標(biāo)是開發(fā)和優(yōu)化新納米結(jié)構(gòu)材料以及其他用于熱管理系統(tǒng)的最新進(jìn)展。 （中電網(wǎng)）