電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報(bào)道 小米公布GaN射頻器件研發(fā)新進(jìn)展！在近期舉行的第 71 屆國(guó)際電子器件大會(huì)（IEDM 2025）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《First Integration of GaN Low-Voltage PA MMIC into Mobile Handsets with Superior Efficiency Over 50%》成功入選，并在 “GaN and III-V Integration for Next-Generation RF Devices” 分會(huì)場(chǎng)首個(gè)亮相，標(biāo)志著氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN HEMT）技術(shù)在移動(dòng)終端通信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)歷史性突破。

當(dāng)前移動(dòng)通信正處于從 5G/5G-Advanced 向 6G 演進(jìn)的關(guān)鍵階段，手機(jī)射頻前端器件面臨超高效率、超寬帶、超薄化與小型化的多重技術(shù)挑戰(zhàn)。作為射頻發(fā)射鏈路核心組件，功率放大器（PA）的性能直接決定終端通信系統(tǒng)的能效、頻譜利用率與信號(hào)覆蓋能力。

長(zhǎng)期以來，主流手機(jī)功率放大器采用砷化鎵（GaAs）半導(dǎo)體工藝，雖在過去數(shù)代通信系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但隨著 6G 技術(shù)對(duì)頻段、帶寬與能效的要求持續(xù)提升，GaAs 材料在電子遷移率、熱導(dǎo)率和擊穿電場(chǎng)等方面的物理限制日益凸顯，其功率附加效率、功率密度和高溫工作穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標(biāo)逐漸逼近理論極限，已難以滿足未來通信對(duì)更高功率輸出、更低能耗與更緊湊封裝尺寸的綜合需求。

氮化鎵（GaN）作為寬禁帶半導(dǎo)體材料，憑借高臨界擊穿電場(chǎng)與優(yōu)異熱導(dǎo)性能，被視為突破射頻功放性能瓶頸的重要方向。但傳統(tǒng) GaN 器件主要面向通信基站設(shè)計(jì)，需在 28V/48V 高壓下工作，無法與手機(jī)終端現(xiàn)有低壓供電系統(tǒng)兼容，成為其在移動(dòng)設(shè)備中規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵障礙。

為攻克傳統(tǒng) GaN 技術(shù)的低壓適配難題，研究團(tuán)隊(duì)聚焦硅基氮化鎵（GaN-on-Si）技術(shù)路線，通過電路設(shè)計(jì)與半導(dǎo)體工藝的協(xié)同創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了從器件研發(fā)到系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用的跨越：

1. 外延結(jié)構(gòu)與工藝創(chuàng)新，奠定性能基礎(chǔ)
采用原位襯底表面預(yù)處理結(jié)合熱預(yù)算精確調(diào)控的 AlN 成核層工藝，顯著抑制硅基 GaN 外延中的界面反應(yīng)與晶體缺陷，有效降低射頻信號(hào)傳輸?shù)囊r底耦合損耗與緩沖層泄漏，使射頻性能逼近先進(jìn)碳化硅基 GaN 器件水平；

開發(fā)高質(zhì)量再生長(zhǎng)歐姆接觸新工藝，突破界面勢(shì)壘降低與載流子注入效率提升的技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)極低接觸電阻與均勻一致的方塊電阻，為器件跨導(dǎo)、輸出功率及高溫穩(wěn)定性提供工藝保障。

得益于上述創(chuàng)新，該 GaN HEMT 晶體管在 10V 低壓工作條件下，實(shí)現(xiàn)功率附加效率（PAE）突破 80%、輸出功率密度達(dá) 2.84W/mm 的卓越性能，遠(yuǎn)超傳統(tǒng) GaAs 器件水平。

2. 電路與封裝設(shè)計(jì)，適配手機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景
針對(duì)耗盡型高電子遷移率晶體管（D-Mode HEMT）的常開特性，設(shè)計(jì)專用柵極負(fù)壓供電架構(gòu)，通過精確負(fù)壓偏置與緩啟動(dòng)電路，確保器件開關(guān)過程穩(wěn)定可靠，規(guī)避誤開啟與擊穿風(fēng)險(xiǎn)；
采用多芯片協(xié)同設(shè)計(jì)與封裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn) GaN HEMT 工藝功放芯片與 Si CMOS 工藝電源管理芯片的高密度封裝集成，完成手機(jī)射頻前端系統(tǒng)的關(guān)鍵性能全面驗(yàn)證。

3. 系統(tǒng)級(jí)性能卓越，突破行業(yè)極限
在三階段 MMIC 功率放大器中，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的系統(tǒng)級(jí)性能：在 2.0GHz 頻段下，增益達(dá) 39.3dB，輸出功率（Pout）達(dá) 39.3dBm，功率附加效率（PAE）達(dá) 60.1%，同時(shí)保持高效手機(jī)運(yùn)行所需的線性度，其器件與電路級(jí)功率性能超越其他低壓射頻應(yīng)用技術(shù)。

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來源：@小米技術(shù)

從配套的測(cè)試示意圖可見，小米團(tuán)隊(duì)并未局限于實(shí)驗(yàn)室器件測(cè)試，而是直接在智能手機(jī)主板上，對(duì)三階段 GaN-on-Si 功率放大器（PA）開展了功率性能評(píng)估。

該成果的核心價(jià)值在于首次將 GaN 低壓功率放大器 MMIC 集成至移動(dòng)終端并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證，不僅從學(xué)術(shù)層面證實(shí)了低壓硅基氮化鎵射頻技術(shù)的可行性，更在產(chǎn)業(yè)層面打破了傳統(tǒng) GaN 技術(shù)與手機(jī)低壓供電系統(tǒng)的兼容壁壘，為 6G 時(shí)代終端射頻架構(gòu)演進(jìn)奠定關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。

相較于傳統(tǒng) GaN 基功率放大器，該低壓氮化鎵功放在保持相當(dāng)線性度的同時(shí)，顯著提升了功率附加效率，兼顧通信系統(tǒng)的線性度和功率等級(jí)要求，展現(xiàn)出在新一代高效移動(dòng)通信終端中的巨大應(yīng)用潛力。