近日，英國布里斯托大學(xué)研究團隊在《自然·電子學(xué)》（Nature Electronics）期刊發(fā)表突破性研究，首次揭示了氮化鎵（GaN）多通道晶體管中鎖存效應(yīng)的物理機制，并成功開發(fā)出超晶格城堡場效應(yīng)晶體管（SLCFET）技術(shù)。
圖片來源：《自然·電子學(xué)》期刊截圖
該研究通過設(shè)計超過1000個亞100納米鰭片構(gòu)成的多通道結(jié)構(gòu)，觀測到當(dāng)電流達到臨界閾值時，器件在局部電場增強作用下發(fā)生可逆的電流狀態(tài)躍遷，實現(xiàn)低于60mV/decade的亞閾值擺幅。這一發(fā)現(xiàn)突破了傳統(tǒng)GaN器件在高頻性能與可靠性間的固有矛盾，顯著提升了射頻功率放大器的線性度與功率效率。
圖片來源：《自然·電子學(xué)》期刊截圖
研究團隊利用電致發(fā)光顯微鏡與三維電磁仿真技術(shù)，證實鎖存效應(yīng)源于鰭片寬度差異導(dǎo)致的電場分布不均，其中最寬鰭片（>100nm）成為觸發(fā)電流躍遷的關(guān)鍵節(jié)點。通過創(chuàng)新的介電涂層工藝，器件在高溫高壓環(huán)境下仍保持穩(wěn)定性能，為極端工業(yè)應(yīng)用場景提供了技術(shù)保障。該物理機制的闡明標(biāo)志著GaN器件設(shè)計范式的重大革新。
在應(yīng)用層面，SLCFET技術(shù)在W波段（75-110GHz）展現(xiàn)的優(yōu)越性能，為拓展至6G預(yù)研的太赫茲頻段（100GHz以上）奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。其可逆鎖存特性與高溫穩(wěn)定性，有望滿足未來6G基站、航空電子及自動駕駛系統(tǒng)對射頻器件的嚴(yán)苛要求。
布里斯托大學(xué)物理學(xué)院Martin Kuball教授指出，這項突破不僅解開了GaN器件物理的長期謎題，更為高能效通信基礎(chǔ)設(shè)施開辟了新路徑。基于 GaN 的新架構(gòu)將使通信和傳輸大量數(shù)據(jù)變得更加容易，從而推動遠程診斷和手術(shù)、高級駕駛員輔助系統(tǒng)、虛擬教室等領(lǐng)域的 6G 發(fā)展。
目前研究團隊正與全球產(chǎn)業(yè)伙伴推進該技術(shù)的商業(yè)化進程，目標(biāo)通過規(guī)模化生產(chǎn)降低應(yīng)用成本。此項研究由英國工程和自然科學(xué)研究委員會（EPSRC）資助，相關(guān)成果已發(fā)表于Nature Electronics期刊。
（集邦化合物半導(dǎo)體 niko 整理）
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