अगली पीढ़ी की आरएफ पावर के लिए एल्यूमिनियम नाइट्राइड ट्रांजिस्टर

कॉर्नेल इंजीनियरों ने एक एल्यूमीनियम-नाइट्राइड-आधारित ट्रांजिस्टर आर्किटेक्चर का अनावरण किया है जो उच्च-शक्ति वायरलेस सिस्टम के प्रक्षेपवक्र को 5G और प्रारंभिक 6G बुनियादी ढांचे से उन्नत रडार में स्थानांतरित कर सकता है।नया उपकरण, बल्क सिंगल-क्रिस्टल एल्यूमीनियम नाइट्राइड (एएलएन) पर निर्मित एक एक्सएचईएमटी, आज के गैलियम-नाइट्राइड प्लेटफार्मों की तुलना में उच्च शक्ति घनत्व, कूलर संचालन और नाटकीय रूप से कम सामग्री दोष का वादा करता है।

सफलता के केंद्र में एक जाली-मिलान सामग्री स्टैक है: AlN पर उगाई गई एक अल्ट्राथिन गैलियम नाइट्राइड (GaN) परत, स्वाभाविक रूप से कम दोष घनत्व और बेहतर तापीय चालकता के साथ एक अल्ट्रावाइड-बैंडगैप अर्धचालक।यह युग्मन ट्रांजिस्टर को अधिक गर्म, उच्च-वोल्टेज संचालन का सामना करने की अनुमति देता है, जबकि आरएफ सिस्टम उच्च-आवृत्ति मिलीमीटर-तरंग क्षेत्र में गहराई तक धकेलने के कारण बिजली की महत्वपूर्ण आवश्यकताओं को कम करता है।

रेडियो-फ़्रीक्वेंसी पावर एम्पलीफायरों के लिए, जो टेलीकॉम बैकहॉल से लेकर रक्षा रडार तक सब कुछ चलाते हैं, गर्मी एक प्रदर्शन बाधा बनी हुई है।कॉर्नेल के शोधकर्ताओं की रिपोर्ट है कि AlN की उच्च तापीय चालकता चैनल के तापमान को सिलिकॉन, सिलिकॉन कार्बाइड या नीलम पर उगाए गए GaN उपकरणों की तुलना में काफी कम रखती है।उनका कहना है कि थर्मल हेडरूम संचार सीमा बढ़ा सकता है, रडार शक्ति बढ़ा सकता है और दीर्घकालिक डिवाइस विश्वसनीयता में सुधार कर सकता है।

AlN सब्सट्रेट का एक अन्य परिणाम दोष में कमी है।XHEMT स्टैक पारंपरिक GaN-ऑन-सिलिकॉन या GaN-ऑन-SiC HEMTs की तुलना में लगभग दस लाख गुना क्रिस्टलीय दोषों को समाप्त करता है।कम अव्यवस्थाओं का मतलब बेहतर वाहक गतिशीलता, बेहतर डिवाइस एकरूपता और लंबे समय तक परिचालन जीवनकाल की संभावना है जो अगली पीढ़ी के आरएफ मॉड्यूल की स्केलेबिलिटी निर्धारित करते हैं।

इस कार्य में आपूर्ति-श्रृंखला के निहितार्थ भी शामिल हैं।चार्जर, पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और आरएफ नोड्स में GaN की मांग बढ़ रही है, फिर भी दुनिया की 90% से अधिक गैलियम आपूर्ति अमेरिकी निर्यात बाधाओं से बाहर है और उपलब्धता में कमी ने चिंताएं बढ़ा दी हैं।मानक GaN HEMTs से कम परिमाण के कई ऑर्डर के GaN की केवल न्यूनतम मात्रा का उपयोग करके, AlN-आधारित XHEMT आर्किटेक्चर गैलियम बाधाओं के जोखिम को कम करता है।

अनुसंधान में उपयोग किए गए थोक AlN क्रिस्टल न्यूयॉर्क में क्रिस्टल IS के साथ उत्पादित किए गए थे, जो डिवाइस-ग्रेड गुणवत्ता पर AlN विकसित करने में सक्षम कुछ कंपनियों में से एक है।हाल के परिणाम 3-इंच एएलएन सबस्ट्रेट्स पर वेफर-स्केल एक्सएचईएमटी वृद्धि भी दिखाते हैं, जो अमेरिका में विकसित सामग्रियों पर निर्मित विनिर्माण योग्य आरएफ इलेक्ट्रॉनिक्स की ओर एक मार्ग की ओर इशारा करते हैं। कॉर्नेल की अंतःविषय टीम ने सामग्री विकास, एपिटैक्सियल विकास, डिवाइस डिजाइन और परमाणु-पैमाने के लक्षण वर्णन में योगदान दिया, जो अल्ट्रावाइड-बैंडगैप आरएफ प्रौद्योगिकी में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर है।