康奈尔大学：氮化铝晶体管推动射频电子器件向下一代演进

原文标题
Aluminum nitride transistor advances next-gen RF electronics

原文作者
Syl Kacapyr（康乃尔大学工学院市场与传播副总监），December 4, 2025

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康奈尔大学的研究人员开发出一种新型晶体管架构，该技术有望重塑高功率无线电子产品的设计范式，同时能缓解关键半导体材料的供应链风险。这种名为XHEMT的器件在氮化铝单晶衬底上生长了超薄氮化镓层。氮化铝作为超宽禁带半导体材料，具有缺陷密度低、耐高压高温、可减少电能损耗等优异特性。

该研究成果于11月29日发表在《Advanced Electronic Materials》期刊上，由电气与计算机工程学院、材料科学与工程系、康奈尔大学卡弗里纳米科学研究所（the Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science）的William L. Quackenbush讲席教授Huili Grace Xing、David E. Burr讲席教授Debdeep Jena共同指导，博士生Eungkyun Kim主导完成。

XHEMT专为射频功率放大器设计，这类放大器是5G/6G无线网络和国防雷达系统的核心部件，需要在高频环境下传输大功率电能，但由此产生的热量会制约性能表现。"氮化铝衬底具有更高的热导率，能有效降低沟道温度，"Kim解释道，"这为提升通信距离或雷达探测能力创造了可能。"

该器件采用全晶格匹配结构，使晶体缺陷较传统Si、SiC或蓝宝石衬底基氮化镓器件降低约百万倍。"缺陷会贯穿整个器件，而新型氮化铝单晶衬底能从根本上消除这一问题，"Xing强调，"虽然还需深入研究，但这将为器件迭代带来巨大优势。"

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降低对镓的依赖

随着高性能电子产品需求增长，从手机充电器到通信基站广泛使用的氮化镓材料面临供应挑战。"超过90%的镓产自境外，且半导体领域需求已引发出口限制，"Jena指出，"通过这种氮化铝基XHEMT器件，我们实现了镓用量的数量级削减。"

本研究使用的氮化铝单晶衬底由纽约州Albany的Crystal IS公司提供，全球仅少数厂商能制备满足器件要求的优质材料。"氮化铝衬底此前多用于光子学领域，这项研究真正打开了电子应用的大门，"Jena表示，"我们证明了利用美国本土生产的半导体材料同样能创造新价值。"

该技术的商业化进程已取得重要突破：据12月1日《APL材料》期刊报道，研究人员已在3英寸氮化铝晶圆上实现XHEMT结构的晶圆级生长，相关工作获得东北区域国防技术中心，即NORDTECH的支持。

器件中的材料层由博士生Yu-Hsin Chen和研究助理Jimy Encomendero在康奈尔大学完成开发，应用物理工程学院的Samuel B. Eckert工程讲席教授David Muller与博士生Naomi Pieczulewski负责原子结构表征。研究获得陆军研究办公室（the Army Research Office）、国防高级研究计划局（DARP, the Defense Advanced Research Projects Agency）和旭化成公司（Asahi-Kasei Corporation）的资助，部分实验在受国家科学基金会支持的康奈尔纳米尺度设施和材料研究中心完成。

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