近期，康奈尔大学的研究人员开发了一种新的晶体管架构——XHEMT，实现了在块状单晶氮化铝上构建超薄氮化镓，不仅可以改变高功率无线电子产品的设计方式，还有助于缓解美国关键半导体材料供应链脆弱性的问题。
作为第三代半导体的代表，氮化镓器件相较于传统硅基器件具有更宽的禁带宽度，使其能够在更高电压和温度下稳定工作，同时具备更高的电子迁移率，有助于实现更高的工作频率和更低的导通损耗。因此，在高频、高功率电子应用中展现出显著优势，能够在5G通信、快速充电、射频功率放大及新能源汽车等领域显著提升能效、缩小系统体积并增强整体性能，是推动下一代电子技术发展的关键材料之一。
然而，传统氮化镓器件通常在硅、碳化硅或蓝宝石衬底上生长，存在晶格失配和热膨胀系数不匹配等问题。XHEMT 创新性地采用与 Crystal IS 公司合作的氮化铝作为衬底，不仅实现材料层间良好的晶格匹配，将晶体缺陷降低约百万倍，还凭借氮化铝优异的热导率，使沟道温度显著低于其他技术方案。加之氮化铝自身耐高温、耐高压的特性，器件可在更高功率下稳定运行，从而拓展通信距离或提升雷达性能，为下一代器件发展奠定基础。
而值得一提的是，美国目前90%以上的镓依赖进口，而XHEMT所需镓含量极低，较传统器件减少数个数量级，而同时这项研究也为氮化铝衬底在电子学领域的应用开辟了新路径，有望依托美国本土材料，降低对氮化镓的进口依赖，增强供应链的自主性与韧性。
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信息来源：techxplore
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