تعمل الأجهزة أيضًا بمستويات ضوضاء حديثة تصل إلى 1.1 ديسيبل.
يقول الباحثون: “تشير هذه النتائج إلى أن التحجيم المعتدل يمكن أن يوفر تكنولوجيا تنافسية، عندما يقترن بالبنية والعملية الفوقية المحسنة”.
يرى الباحثون أن أجهزة الترددات اللاسلكية ذات الجهد المنخفض (3-6 فولت) مناسبة لوحدات الإرسال/الاستقبال المتنقلة المتكاملة (T/R) لنطاق الموجات 5G عالي التردد، مم (FR2، 24.25-71.0 جيجا هرتز).
يغطي نطاق 5G المنخفض، FR1، 410-7125 ميجا هرتز. من شأن FR3 المقترح، والذي يبدو أنه ليس رسميًا بعد، أن يسد الفجوة بين FR1 وFR2، أي 7.125-24.25 جيجا هرتز.
تكافح التقنيات الحالية مثل (mSiGe HBTs وGaAs pHEMTs) لتلبية المتطلبات الصارمة لـ FR2.
يحتاج سوق الأجهزة المحمولة كبيرة الحجم إلى نطاق الإنتاج المنخفض التكلفة والضخم الذي يمكن أن يأتي من تحقيق الأداء العالي على منصات GaN-on-Si HEMT.
تمت زراعة مادة GaN الخاصة بالأجهزة (الشكل 1) على السيليكون عالي المقاومة (Si) عن طريق ترسيب البخار الكيميائي المعدني العضوي (MOCVD). تضمن الهيكل حواجز خلفية وعلوية تتكون من ألودقيقةنيتريد الغاليوم (AlGaN) والإنديوم ألودقيقةسبائك نيتريد الأميوم (InAlN) على التوالي.
يعلق الباحثون: “يوفر حاجز InAlN استقطابًا قويًا ومسافة منخفضة من البوابة إلى القناة، مما يتيح تحكمًا محسّنًا في غاز الإلكترون ثنائي الأبعاد (2DEG). بالإضافة إلى ذلك، فإن تكوين قناة GaN فائقة الرقة وAlGaN BB يزيد من تعزيز حبس الإلكترون، مما يؤدي بشكل فعال إلى قمع تأثيرات القناة القصيرة وخفض ضوضاء القناة. “
تمت زراعة مناطق التلامس بمصدر / تصريف n-GaN بعمق 80 نانومتر بواسطة حزمة الحزمة الجزيئية 725 درجة مئوية (MBE). تتكون البوابة T من النيكل / الذهب. كان التخميل عبارة عن طبقة ثنائية من ترسيب الطبقة الذرية (ALD) عند درجة حرارة 250 درجة مئويةدقيقةأكسيد الأيوم (Al2يا3، 10 نانومتر) ونيتريد السيليكون CVD المعزز بالبلازما 300 درجة مئوية (60 نانومتر)، بهدف قمع محاصرة السطح والتسرب.
أفاد الباحثون أن التخميل قلل بشكل فعال انهيار التيار من أكثر من 80% إلى 24% في بوابة بطول 150 نانومتر (L)ز) جهاز. كان تأخر البوابة 10٪. كانت الخصائص الأخرى المقاسة لـ HEMT هي 1.58A / mm أقصى تيار تصريف، و1.48Ω مم على المقاومة، وجهد العتبة −2.9V، و0.52S / mm ذروة التوصيل عند انحياز التصريف 6V.
بالنسبة لأداء تردد الإشارة الصغيرة، أبلغ الباحثون عن قطع HEMT لبوابة 100 نانومتر (fت)/أقصى تذبذب (fالأعلى) قيم كل منها 100 جيجا هرتز/254 جيجا هرتز عند استنزاف 10 فولت. والأعلى كانت قيمة استنزاف 5V لا تزال أكثر من 200 جيجا هرتز.
ويضيف الباحثون: “إن Lز = جهاز 150 نانومتر لا يزال يحقق f ممتازًاالأعلىXLز يبلغ 34.9 جيجا هرتز-ميكرومتر وهو ما يمكن مقارنته بأعلى القيم المُبلغ عنها والتي تم الحصول عليها من GaN-on-Si HEMTs ذات الحجم الكبير.
تجاوز PAE لجهاز بوابة 100 نانومتر 60٪ عبر نطاق الجهد المنخفض 3-6 فولت. حدثت الذروة عند 63.7% عند 3V و4V.
“بفضل فعالية التخميل ثنائي الطبقة المقترح في قمع تأثيرات الاصطياد السطحي، لم يلاحظ أي اختلاف كبير في الأداء بين أوضاع CW والأنماط النبضية”، كما علق الفريق.
تباين الكسب الخطي مع Lز من 10.8 ديسيبل عند بوابة 150 نانومتر، إلى 11.1 ديسيبل عند 100 نانومتر، وصولاً إلى 14.7 ديسيبل عند 60 نانومتر. ويعلق الباحثون: “إن الكفاءة العالية في التشغيل ذو الجهد المنخفض تثبت إمكانية استخدامه في تطبيقات الهاتف المحمول”.
يشرح الباحثون الأداء المنخفض للضوضاء الذي تم قياسه في نظام مصدر بارد: “إن الحبس الإلكتروني الممتاز، والكسب العالي، والمقاومة الطفيلية المنخفضة، التي تم تمكينها بواسطة القناة الرقيقة للغاية، AlGaN BB، والاتصالات الأومية المعاد نموها، تؤدي إلى خصائص منخفضة الضوضاء رائعة (NF)”.دقيقة < 1.4 ديسيبل) عبر نطاقات FR3 إلى FR2 من 10 جيجا هرتز إلى 40 جيجا هرتز، حتى بدون تحجيم جانبي قوي.
أدنى NFدقيقة من 1.1 ديسيبل يتوافق مع Gأ من 8.3 ديسيبل. خفض تردد التشغيل إلى 13 جيجا هرتز، NFدقيقة تم تخفيضه إلى 0.8 ديسيبل و Gأ ارتفع إلى 14.1 ديسيبل. تحجيم Lز كما زاد الأسفل Gأ وخفض NFدقيقة.
بالمقارنة مع التقارير السابقة، يدعي الفريق كفاءة عالية قياسية، أكثر من 60%، وأداء ضوضاء متطور يبلغ 1.1 ديسيبل عند 100 نانومتر، أي بدون تحجيم جانبي شديد.
يُظهر معيار آخر أن أجهزة HEMT تتمتع بكفاءة عالية وضوضاء منخفضة في وقت واحد مقارنةً بكل من GaN/Si وGaN الأكثر تكلفة على تقنية كربيد السيليكون (SiC)
