近日，在美国空军科学研究实验室资助下，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UIUC）宣布研制出先进的硅基氮化镓晶体管技术，在其微纳米技术实验室实现了200mm硅晶圆上制造出高电子迁移率晶体管（HEMT），若在工业界可能实现更大的晶圆尺寸。

UIUC电气与计算机工程系（ECE）的助理教授及其团队能够在硅平台上制造GaN HEMT，因为GaN HEMT能够与现有CMOS工艺兼容，且比蓝宝石、SiC等衬底便宜。

但是，硅的晶格常数（原子之间间距）与GaN原子结构不匹配。如果在硅上生长GaN，则会在界面处存在应力，所以需要在硅和GaN之间生长缓冲层来帮助改变晶格常数。

如果没有这些缓冲层，GaN内会形成裂纹或其它缺陷，妨碍晶体管正常工作，包括线性位错或空穴，破坏器件的二维电子气（2DEG）沟道，严重影响HEMT导电能力和高频性能。

对于GaN HEMT，唯一最终要的是硅和GaN界面间的高浓度2DEG。问题是，需要控制从衬底到沟道间所有层之间应力平衡，来最大化导电电子密度，从而提高晶体管速度和功率密度。GaN层应力越小，晶体管电子迁移率越高，最终晶体管的工作频率也越高。

图（a）横截面结构。（b）HEMT顶部80nm的透射电子显微镜（TEM）成像。暗灰色层表示表面开始处。（c）HEMT顶部80nm的扫描透射电子显微镜（STEM）成像。表面开始于黑色层下，暗色层是AlN。（d）顶部25nm能谱仪(EDS)化学分析。4nm以前数值均为表面的背景环境值。

通过研究三种不同缓冲层，该团队发现采用较厚的AlGaN层能够减小位错缺陷，并降低层间应力。采用这种缓冲层，电子迁移率达到了1800cm²/v·s。

合作伙伴包括美国威科仪器公司、IBM约克敦海茨分部。

若研究能够成功，5G网络将能够为全球80亿部手机提供高速数据速率，为物联网设备和无人驾驶汽车提供更好的连接性和性能。

研究团队的下一步工作是在硅平台上制备功能齐全的高频GaN HEMT，以用于5G无线网络。

转自：大国重器