原文標題
Aluminum nitride transistor advances next-gen RF electronics
原文作者
Syl Kacapyr（康乃爾大學工學院市場與傳播副總監），December 4, 2025
康奈爾大學的研究人員開發出一種新型晶體管架構，該技術有望重塑高功率無線電子產品的設計范式，同時能緩解關鍵半導體材料的供應鏈風險。這種名為XHEMT的器件在氮化鋁體單晶襯底上生長了超薄氮化鎵層。氮化鋁作為超寬禁帶半導體材料，具有缺陷密度低、耐高壓高溫、可減少電能損耗等優異特性。
該研究成果于11月29日發表在《Advanced Electronic Materials》期刊上，由電氣與計算機工程學院、材料科學與工程系、康奈爾大學卡弗里納米科學研究所（the Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science）的William L. Quackenbush講席教授Huili Grace Xing、David E. Burr講席教授Debdeep Jena共同指導，博士生Eungkyun Kim主導完成。
XHEMT專為射頻功率放大器設計，這類放大器是5G/6G無線網絡和國防雷達系統的核心部件，需要在高頻環境下傳輸大功率電能，但由此產生的熱量會制約性能表現。"氮化鋁襯底具有更高的熱導率，能有效降低溝道溫度，"Kim解釋道，"這為提升通信距離或雷達探測能力創造了可能。"
該器件采用全晶格匹配結構，使晶體缺陷較傳統Si、SiC或藍寶石襯底基氮化鎵器件降低約百萬倍。"缺陷會貫穿整個器件，而新型氮化鋁單晶襯底能從根本上消除這一問題，"Xing強調，"雖然還需深入研究，但這將為器件迭代帶來巨大優勢。"
降低對鎵的依賴
隨著高性能電子產品需求增長，從手機充電器到通信基站廣泛使用的氮化鎵材料面臨供應挑戰。"超過90%的鎵產自境外，且半導體領域需求已引發出口限制，"Jena指出，"通過這種氮化鋁基XHEMT器件，我們實現了鎵用量的數量級削減。"
本研究使用的氮化鋁單晶襯底由紐約州Albany的Crystal IS公司提供，全球僅少數廠商能制備滿足器件要求的優質材料。"氮化鋁襯底此前多用于光子學領域，這項研究真正打開了電子應用的大門，"Jena表示，"我們證明了利用美國本土生產的半導體材料同樣能創造新價值。"
該技術的商業化進程已取得重要突破：據12月1日《APL材料》期刊報道，研究人員已在3英寸氮化鋁晶圓上實現XHEMT結構的晶圓級生長，相關工作獲得東北區域國防技術中心，即NORDTECH的支持。
器件中的材料層由博士生Yu-Hsin Chen和研究助理Jimy Encomendero在康奈爾大學完成開發，應用物理工程學院的Samuel B. Eckert工程講席教授David Muller與博士生Naomi Pieczulewski負責原子結構表征。研究獲得陸軍研究辦公室（the Army Research Office）、國防高級研究計劃局（DARP, the Defense Advanced Research Projects Agency）和旭化成公司（Asahi-Kasei Corporation）的資助，部分實驗在受國家科學基金會支持的康奈爾納米尺度設施和材料研究中心完成。
（本文內容由康奈爾大學工學院市場與傳播副總監Syl Kacapyr組織并在康奈爾大學官網發布）
原文轉載于【康奈爾大學官網】
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