伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一组研究人员通过优化构成器件的半导体层的组成，改进了氮化镓(GaN)硅上晶体管技术。该团队与业界合作伙伴Veeco和IBM合作，在200毫米的硅基板上创建了高电子迁移率晶体管(HEMT)结构，该工艺将扩展到更大的工业标准晶圆尺寸。
电气与计算机工程(ECE)助理教授Can Bayram和他的团队在硅平台上创建了GaN HEMT结构，因为它与现有的CMOS制造工艺兼容，而且比蓝宝石和碳化硅等其他基板更便宜。
然而，硅确实有它的挑战。也就是说，晶格常数或硅原子之间的空间，与生长在硅原子上的氮化镓的原子结构不匹配。
“当你在顶部生长GaN时，层与层之间会有很大的应变，所以我们在硅与GaN之间生长缓冲层，以帮助改变晶格常数到适当的大小，”欧洲经济学院的本科生Josh Perozek解释道，他是该小组论文的第一作者，“研究AlGaN/GaN高的结构、光学和电特性电子迁移率晶体管结构横跨200mm Si(1 1 1)衬底，“在物理学杂志D:应用物理学．
如果没有这些缓冲层，GaN材料中就会形成裂纹或其他缺陷，这将阻止晶体管正常工作。具体来说，这些缺陷——原子应该在的位置上的螺纹位错或空穴——破坏了器件中二维电子气通道的特性。该通道对hemt在高频下传导电流和发挥作用的能力至关重要。
Bayram说:“对于这些GaN (HEMT)器件来说，最重要的一点是拥有高的二维电子气体浓度。”他是关于在硅和其上面的各种GaN基层之间的界面通道中电子的积累。
“问题是你必须控制所有这些层之间的应变平衡——从衬底一直到通道——以便最大限度地提高导电电子的密度，以获得最快的晶体管和尽可能高的功率密度。”
在研究了三种不同的缓冲层配置后，Bayram的团队发现，由渐变AlGaN制成的较厚缓冲层可以减少螺纹错位，而堆叠这些层可以减少应力。通过这种配置，该团队实现了1800 cm2/ v秒的电子迁移率。
“GaN层的压力越小，移动性就越高，最终对应的是更高的晶体管工作频率，”欧洲经济研究院研究生Hsuan-Ping Lee说，他领导了这些设备的5G应用扩展。
根据Bayram的说法，他的团队的下一步是制造全功能的高频GaN hemt硅用于5G无线数据网络的平台。
5G网络全面部署后，将为全球80亿部手机提供更快的数据速率，并将为物联网(IoT)设备和无人驾驶汽车提供更好的连接和性能。
了下:M2M(机对机)
