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近合點熱傳輸（NJTT）工作已驗證了一種業(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溫度。相應的晶體管已大幅改進了熱性能，這有可能進一步改進RF系統(tǒng)的性能。

據DARPA項目經理稱：“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還可能能夠實現(xiàn)3倍的輸出功率，使通信系統(tǒng)的信號更強或雷達系統(tǒng)的作用距離更遠。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?！?/p>

在MMIC PA中，溫度最急劇的上升發(fā)生于接合點以下1微米處，直接關系整個晶片的熱傳導性?！叭绻褂靡环N與GaN密切接觸的高導熱率基底，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現(xiàn)代受散熱限制的高功率RF系統(tǒng)?！?/p>

利用一種新外延傳輸方法，TriQuint半導體公司已能夠將GaN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熱率，是普通半導體材料——硅的10倍。

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