Transphorm Inc 是 HEMT GaN 技術(shù)的領(lǐng)先開發(fā)商，他們最近獲得了一份價值 140 萬美元的新 DARPA 研究合同,，用于研究基于藍(lán)寶石襯底的氮極性（N 極性）HEMT GaN 器件,。

　　據(jù)介紹，新項目建立在 Transphorm 的歷史以及與海軍研究辦公室 （ONR） 的持續(xù)合作基礎(chǔ)上,，為 RF GaN 外延片建立國內(nèi)資源和供應(yīng),，重點是 N 極 GaN，該技術(shù)已被證明可以帶來更大的好處比當(dāng)今更常用的用于射頻和毫米波應(yīng)用的鎵極性（Ga 極性）GaN,。與傳統(tǒng)的碳化硅 （SiC） 上的 Ga 極性解決方案相比，Transphorm 將探索使用藍(lán)寶石襯底來實現(xiàn) N 極性 GaN 解決方案的更高成本效率,。預(yù)計工作輸出將產(chǎn)生穩(wěn)定,、高質(zhì)量的薄外延結(jié)構(gòu)，其能力由高性能晶體管建立,。

　　Transphorm 的團(tuán)隊將滿足以下有關(guān) N 極性 GaN-on-Sapphire 的計劃目標(biāo)：建立整體價值主張,、定義高性能參數(shù)空間和定義構(gòu)建外延片的可行性,。

　　Transphorm專注于在包括碳化硅 （SiC） 在內(nèi)的各種襯底上開發(fā)氮極性 GaN外延片。然而,，該公司現(xiàn)在打算探索一種藍(lán)寶石襯底替代品,，將根據(jù)性能、成本和可制造性進(jìn)行分析,，以用于射頻/毫米波無線電技術(shù),。

　　Transphorm 的首席技術(shù)官兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Mishra 博士說：“現(xiàn)在的目標(biāo)是打下這個基礎(chǔ)，讓我們的射頻外延客戶能夠以美元實現(xiàn)更高效的射頻功率,?！?“為此目的，藍(lán)寶石是一種有吸引力的材料選擇,，但由于其導(dǎo)熱性低,，因此歷來被忽視。我們相信,，通過創(chuàng)新工程,，項目團(tuán)隊可以克服這一限制，并且很高興有機會為 GaN RF 行業(yè)設(shè)定該基準(zhǔn),?！?/p>

　　N 極 GaN 技術(shù)最初是在加州大學(xué)圣巴巴拉分校 （UCSB） 的 Umesh Mishra 博士的領(lǐng)導(dǎo)下開發(fā)的，作為各種高電子遷移率晶體管 （HEMT）,。2007 年,，Mishra 博士繼續(xù)創(chuàng)立 Transphorm 以進(jìn)一步開發(fā)這項技術(shù)。他們進(jìn)一步指出,，N 極性 GaN 在高達(dá) 94 GHz 的頻率下具有非凡的效率,，它在射頻/毫米波應(yīng)用以及未來電力電子設(shè)備中的潛在價值很有吸引力。它已準(zhǔn)備好直接使 DoD 系統(tǒng)以及 5G,、6G 及更高版本的應(yīng)用受益,。

　　GaN 外延片可以在各種襯底上生長，包括藍(lán)寶石,、硅,、SiC 和純 GaN。正如預(yù)期的那樣,，每種基材都有優(yōu)點和缺點,。碳化硅襯底成本高，且晶圓尺寸有限,。相比之下,，據(jù)說藍(lán)寶石更具成本效益，并且在制造過程中受溫度的影響更小。

　　藍(lán)寶石最大的問題是它缺乏導(dǎo)熱性,。

　　“從歷史上看,，[藍(lán)寶石] 因其低導(dǎo)熱性而被忽視，”Mishra博士說,?！拔覀兿嘈牛ㄟ^創(chuàng)新工程,，項目團(tuán)隊可以克服這一限制,，并且很高興有機會為 GaN RF 行業(yè)設(shè)定該基準(zhǔn)?！?/p>

　　Transphorm 可能需要用藍(lán)寶石克服的另一個問題是與GaN的晶格失配,，尤其是與 SiC 相比。這種不匹配會對器件性能產(chǎn)生不利影響,。

　　由 Misra 博士領(lǐng)導(dǎo)的初步研究論文 （2007） 展示了開發(fā) HEMT N 極性 GaN 器件的早期潛力,。該團(tuán)隊構(gòu)建的器件生長在 C 面 SiC 襯底上，由 GaN/AlGaN/GaN 異質(zhì)結(jié)構(gòu)組成,。

　　在開發(fā)該設(shè)備時,，研究人員必須解決幾個缺陷，包括脈沖大信號電流崩潰和柵極泄漏,。

　　2013 年,，UCSB 的一個團(tuán)隊發(fā)表了第二篇論文，探討了 N 極性 GaN 在射頻/混合信號應(yīng)用中的應(yīng)用,。N 極器件相對于 Ga 極器件的優(yōu)勢包括強背勢壘（這導(dǎo)致更好的夾斷特性）,、低電阻率、歐姆接觸和改進(jìn)的可擴展性,。

　　根據(jù)該論文,，從相位輔助分子束外延 （MBE） 到金屬有機化學(xué)氣相沉積 （MOCVD） 外延的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致了更高性能射頻器件的發(fā)展。

　　2019 年,，Mishra 研究小組 （UCSB） 展示了使用 N 極性 GaN 技術(shù)的毫米波功率傳輸創(chuàng)紀(jì)錄的性能,。

　　據(jù)說該團(tuán)隊對 HEMT 結(jié)構(gòu)取得的進(jìn)步提供了低柵極泄漏、增強的 2D 電子氣 （2DEG） 和電荷限制以及 DC-RF 色散控制,。

　　從根本上說,，N 極 HEMT 據(jù)說比傳統(tǒng)的 Ga 極器件具有明顯更好的高頻毫米波特性。具體來說,，據(jù)說它“突破”了 Ga 極性器件的 POUT飽和點,。

　　GaN基半導(dǎo)體已開始在毫米波無線電技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，包括雷達(dá),、電力電子和照明應(yīng)用,。

　　N 極性 HEMT GaN 器件的性能特征肯定看起來很有希望,。Transphorm 的增長表明市場對其技術(shù)的接受度,。最后,，在美國建立半導(dǎo)體制造基地有助于為行業(yè)帶來穩(wěn)定性和可靠性。