近期，小米手機(jī)射頻團(tuán)隊論文成功入選全球半導(dǎo)體與電子器件領(lǐng)域頂會 IEDM 2025。
據(jù)悉，本屆IEDM上，小米集團(tuán)手機(jī)部與蘇州能訊高能半導(dǎo)體有限公司、香港科技大學(xué)合作的論文成功入選，率先報道了應(yīng)用于移動終端的高效率低壓硅基氮化鎵射頻功率放大器，并在GaN and III-V Integration for Next-Generation RF Devices分會場首個亮相。
小米技術(shù)官方微信表示，此次入選標(biāo)志著氮化鎵高電子遷移率晶體管技術(shù)在移動終端通信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)歷史性突破，并獲得國際頂尖學(xué)術(shù)平臺的高度認(rèn)可。
1、研究背景
小米指出，在當(dāng)前移動通信技術(shù)從5G/5G-Advanced向6G演進(jìn)的關(guān)鍵階段，手機(jī)射頻前端器件正持續(xù)面臨超高效率、超寬帶、超薄化與小型化的多重技術(shù)挑戰(zhàn)。以氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料，憑借其高臨界擊穿電場與優(yōu)異的熱導(dǎo)性能，被視為突破當(dāng)前射頻功放性能瓶頸的重要技術(shù)方向之一。
傳統(tǒng)GaN器件主要面向通信基站設(shè)計，通常需在28V/48V的高壓下工作，無法與手機(jī)終端現(xiàn)有的低壓供電系統(tǒng)相兼容，這成為其在移動設(shè)備中規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵障礙。
為攻克這一難題，研究團(tuán)隊聚焦于硅基氮化鎵（GaN-on-Si）技術(shù)路線，通過電路設(shè)計與半導(dǎo)體工藝的協(xié)同創(chuàng)新，成功開發(fā)出面向手機(jī)低壓應(yīng)用場景的射頻氮化鎵高遷移率電子晶體管（GaN HEMT）技術(shù)，并率先在手機(jī)平臺上完成了系統(tǒng)級性能驗證，為6G時代終端射頻架構(gòu)的演進(jìn)奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。
2、研究方法和實驗
在外延結(jié)構(gòu)方面，本研究重點圍繞降低射頻損耗與優(yōu)化歐姆接觸兩大關(guān)鍵問題展開技術(shù)攻關(guān)。
一方面，通過實施原位襯底表面預(yù)處理，并結(jié)合熱預(yù)算精確調(diào)控的 AlN成核層工藝，顯著抑制了Si基GaN外延中的界面反應(yīng)與晶體缺陷，有效降低了射頻信號傳輸過程中的襯底耦合損耗與緩沖層泄漏，使其射頻性能逼近當(dāng)前先進(jìn)的SiC基GaN器件水平。
另一方面，通過開發(fā)高質(zhì)量再生長歐姆接觸新工藝，在降低界面勢壘與提升載流子注入效率方面取得突破，實現(xiàn)了極低的接觸電阻與均勻一致的方塊電阻，為提升器件跨導(dǎo)、輸出功率及高溫穩(wěn)定性奠定了工藝基礎(chǔ)。
圖片來源：小米技術(shù)
得益于外延設(shè)計優(yōu)化與工藝創(chuàng)新，該#晶體管 能夠在10V工作電壓下，實現(xiàn)了功率附加效率突破80%、輸出功率密度達(dá)2.84W/mm的卓越性能。
圖片來源：小米技術(shù)
結(jié)合手機(jī)終端產(chǎn)品的器件需求定義，我們進(jìn)一步制定了器件的具體實現(xiàn)方案。該方案針對耗盡型高電子遷移率晶體管（D-Mode HEMT）的常開特性，設(shè)計了專用的柵極負(fù)壓供電架構(gòu)，通過精確的負(fù)壓偏置與緩啟動電路，確保器件在開關(guān)過程中保持穩(wěn)定可靠，有效規(guī)避誤開啟與擊穿風(fēng)險。
在模組集成層面，通過多芯片協(xié)同設(shè)計與封裝技術(shù)，實現(xiàn)了GaN HEMT工藝的功放芯片與Si CMOS工藝的電源管理芯片在模組內(nèi)進(jìn)行高密度封裝集成。最終，該器件在手機(jī)射頻前端系統(tǒng)中完成了關(guān)鍵性能指標(biāo)的全面驗證，為低壓氮化鎵技術(shù)在下一代移動通信終端中的應(yīng)用提供重要參考。
3、結(jié)語
小米認(rèn)為，相較于傳統(tǒng)的GaAs基功率放大器，在保持相當(dāng)線度性的同時，研究團(tuán)隊開發(fā)的低壓氮化鎵功放展現(xiàn)出顯著的性能優(yōu)勢。最終，該器件實現(xiàn)了比上一代更高的功率附加效率（PAE），并同時兼顧通信系統(tǒng)的線性度和功率等級要求，在系統(tǒng)級指標(biāo)上達(dá)成重要突破。
這一成果的實現(xiàn)，標(biāo)志著低壓硅基氮化鎵射頻技術(shù)從器件研發(fā)成功跨越至系統(tǒng)級應(yīng)用。這不僅從學(xué)術(shù)層面驗證了該技術(shù)的可行性，更在產(chǎn)業(yè)層面彰顯了其在新一代高效移動通信終端中的巨大潛力。小米將持續(xù)深化與產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同創(chuàng)新，推動該技術(shù)向更復(fù)雜的通信場景拓展，加速其在移動終端領(lǐng)域的規(guī)?；逃眠M(jìn)程。
（集邦化合物半導(dǎo)體整理）
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