Imagen TEM de la sección transversal de la estructura de la puerta en el transistor Gan-on-Silicon de IMEC. La imagen muestra la región de la puerta finamente grabada que permite la operación del modo electrónico del dispositivo. Crédito: IMEC
Los investigadores de IMEC han establecido un nuevo punto de referencia en el rendimiento del transistor de RF para aplicaciones móviles. Presentan un moshemt de nitruro de galio (GaN) (transistor de alta-modificación de alto electrón de electrones de metal-óxido) en silicio (SI) que logra la eficiencia de registro y la potencia de salida para un dispositivo de modo de mejora (modo electrónico) que funciona a bajo voltaje de suministro.
Paralelamente, IMEC también demostró una resistencia de contacto récord-baja de 0.024Ω · mm, que es esencial para aumentar aún más la potencia de salida en futuros diseños.
Los resultados marcan un paso crucial para integrar la tecnología GaN en dispositivos móviles de próxima generación, particularmente aquellos que se dirigen a la banda 6G FR3 entre 7 y 24 GHz. Los resultados se presentaron en el Simposio 2025 sobre tecnología VLSI y circuitos en Kioto, Japón.
Las redes móviles de hoy funcionan en gran medida por debajo de los 6 GHz, pero para satisfacer las demandas de la velocidad de datos de los futuros sistemas 6G, se necesita un cambio a frecuencias más altas. En estas bandas, las soluciones móviles actuales basadas en la lucha HBTS (GaAs) HBTS (transistor bipolar de heterounión) para mantener el rendimiento.
Su eficiencia y ganancia se degradan significativamente por encima de 10 a 15 GHz, lo que lleva a un drenaje rápido de la batería y un mal uso de energía en los equipos de usuario. Gan es ampliamente reconocido como una alternativa prometedora debido a su mayor densidad de potencia y voltaje de descomposición. Mientras que los transistores de GaN en el carburo de silicio (SIC) han mostrado un fuerte rendimiento de RF en aplicaciones de la estación base de alta frecuencia, el costo y la escalabilidad limitada de la obleas de SIC siguen siendo barreras para el mercado móvil.
Silicon es una plataforma más escalable y rentable, pero construir transistores de GaN de alta eficiencia ha sido un desafío debido a la red y la falta de coincidencia térmica entre los dos materiales, lo que puede comprometer la calidad del material y la confiabilidad del dispositivo.
El desafío es aún mayor para los diseños de modos electrónicos, que se prefieren en los dispositivos móviles para su operación a prueba de fallas y su bajo consumo de energía, porque generalmente requiere adelgazar la barrera del transistor y el canal debajo de la puerta. Esto limita la corriente de corriente y aumenta la fuga fuera del estado, lo que hace que sea más difícil lograr la potencia, la eficiencia y la ganancia necesaria para 6G.
IMEC ahora demuestra una moshemt de modo E Gan-on-Si que alcanza una potencia de salida de 27.8dbm (1W/mm) de 27.8dbm (1W/mm) y 66% de eficiencia de potencia (PAE) a 13GHz y 5V. El resultado se obtuvo en un solo dispositivo con un diseño de puerta de 8 dedos, proporcionando el ancho de la puerta necesario para una alta potencia de salida sin requerir la potencia combinada de múltiples transistores.
El excelente rendimiento se habilitó combinando una técnica de receso de la puerta, utilizada para cambiar el dispositivo a modo electrónico, con una capa de barrera inalla que compensa la pérdida de rendimiento del canal adelgazado.
Paralelamente al desarrollo del dispositivo, IMEC demostró una resistencia de contacto de registro bajo de 0.024Ω · mm usando una capa de GaN N+(in) de regreso, maximizando el flujo de corriente y minimizando la pérdida de potencia. Si bien el resultado se obtuvo en un módulo separado, es totalmente compatible con la arquitectura del transistor de modo E.
Las simulaciones indican que la integración de este módulo de contacto podría mejorar la densidad de potencia de salida en un 70%, cumpliendo con el objetivo de rendimiento para el equipo de usuario 6G.
“Reducir la resistencia al contacto es crucial para impulsar la potencia de salida mientras mantiene alta la eficiencia”, dijo Alireza Alian, miembro principal del personal técnico de IMEC.
“Nuestro siguiente paso es integrar este módulo de contacto en el transistor de modo electrónico y validar las ganancias esperadas en potencia y eficiencia, acercando el dispositivo a las aplicaciones 6G del mundo real”.
Más información: www.vlsisymposium.org/wp-conte … vanceProgram0609.pdf
Cita: los investigadores logran un rendimiento de transistores de Gan-on-Si de récords récord para amplificadores de potencia 6G de alta eficiencia (2025, 12 de junio) Recuperado el 12 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-rf-gan-si-transistor-high.html
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