高速大容量通信的革命性设备

GaN HEMTs的发展历史

什么是hemt ?

GaN hemt是支撑5G时代的电子设备。在详细介绍GaN hemt之前，有必要先解释一下hemt，这是日本高工程能力和研究人员巨大创造力的一项杰出成就。这项技术是在日本开发的，有力地推动了电信技术的进步。

HEMT是高电子迁移率晶体管的缩写。顾名思义，HEMT是一种晶体管。晶体管是1948年由美国贝尔实验室发明的，它对科技界产生了有史以来最大的影响。它预示着电子时代的开始。事实上，晶体管是为包括计算机在内的电子技术的快速发展奠定基础的设备。晶体管的功能之一是放大以增加信号强度。例如，晶体管收音机包含一个晶体管，它放大通过空气传输的微弱信号来驱动扬声器。

长谷川雄一/住友电气设备创新公司总裁兼首席执行官

起初，晶体管是用锗制造的。最终，锗基本上被高度耐热的硅所取代。20世纪70年代，日本启动了一个改进晶体管的项目。研究人员专注于电子的速度。传统的硅晶体管在同一材料中包含电子产生层和电子传输层。因此，当电子与杂质碰撞时，电子的速度会降低。为了解决这个问题，富士通实验室有限公司在1979年使用一种化合物半导体开发了HEMT。采用双层结构。由高纯度砷化铝镓(AlGaAs)晶体构成的电子发生层被放置在由高纯度砷化镓(GaAs)构成的电子传递层之上。该器件结构实现了电信号的高速、高灵敏度处理。 In 1985, HEMTs were first used in satellite broadcasting receivers in many countries. They have become devices indispensable for various apparatuses in the microwave and millimeter-wave ranges, such as mobile phones and base stations, satellite navigation receivers, and millimeter-wave radar sensors for preventing collision of vehicles. To date, HEMTs have served as the fundamental technology underpinning the telecommunications society. GaN HEMTs were developed by combining the technological achievement of HEMTs with GaN, characterized by superior material properties. Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. (SEDI) led the development and manufacturing.

利用氮化镓潜力的挑战

对于1G模拟手机，硅被用作高输出晶体管(即手机基站的放大器)的半导体材料。对于20世纪90年代上半叶的2G，在数字化开始的时候，住友电机集团做好了充分的准备，及时将GaAs场效应晶体管(fet)推向市场。GaAs fet引起了公众的广泛关注，因为这些晶体管允许电子以近5倍于硅晶体管的速度移动，并且降低了功耗。但是，作为新上市晶体管的硅横向扩散金属氧化物半导体(Si-LDMOSs)在性能和价格等各方面都优于GaAs fet，主导了3G驱动市场。住友电气集团销售的电子设备被完全逐出市场。SEDI总裁兼首席执行官长谷川雄一称这是一次“失败”。

“GaAs fet在市场竞争中被Si-LDMOSs击败。我们面临着一个困难的局面，业务的连续性成了问题。在这种危急的情况下，我们得知了一种新的化合物半导体，实验室正在进行基础开发项目。”是GaN。其性能优于硅和砷化镓。GaN有望应用于电子器件，以实现高输出和高速。我们别无选择，只能孤注一掷地致力于GaN，”长谷川回忆道。

2000年，SEDI的工程团队开始开发GaN hemt，考虑到GaN的未来潜力。Masahiro Nishi，目前隶属于SEDI的设备制造工程系，是开发成员之一。