DARPA向基于金刚石的氮化镓高电子迁移率晶体管引入新方法，改进温度管理

[据美国DARPA网站报道]许多军用RF系统，如雷达和通信系统，正使用一种单片微波集成电路（MIMIC，MMIC）类型的功率放大器。MMIC PA利用GaN晶体管已获得了极具前景的增强RF性能，但其工作性能正受到热电阻的极大影响。大部分这种电阻来自于集成电路中的基底材料与GaN晶体管连接处的热电偶接合（thermal junction）部位，如果该接合点和基底的热性能差，则温度将会升高，性能将会降低。

最近的DARAP近合点热传输（NJTT）工作已验证了一种业界第一支基于金刚石的氮化镓的高电子迁移率晶体管（HEMT）。在早期 的试验中，相对于商业可用器件，该基于金刚石的氮化镓晶体管已展示了大幅降低的接合点温度。相应的晶体管已大幅改进了热性能，这有可能进一步改进RF系统的性能。

据DARPA项目经理称：“这些基于金刚石的氮化镓HEMT可能促成比现有最新GaN放大器尺寸小3倍的新一代RF功率放大器（PA）。更小的放大器可生产出尺寸更小、重量更轻和功耗更低的性能。此外，这类PA还可能能够实现3倍的输出功率，使通信系统的信号更强或雷达系统的作用距离更远。几乎全部RF系统能够利用该基于金刚石的氮化镓放大器获得更高功率、更高效率和更小尺寸组合的益处。”

在MMIC PA中，温度最急剧的上升发生于接合点以下1微米处，直接关系到整个晶片的热传导性。“如果使用一种与GaN密切接触的高导热率基底，就可让我们获得高超的耐热性和热沉性。我们希望该研究将大幅改进现代受散热限制的高功率RF系统。”

利用一种新外延传输方法，TriQuint半导体公司已能够将GaN从其生长的基底中移开，并将其置于一种与其密切接触的人工生长、特别准备的金刚石基底上。该人造金刚石拥有已知人造材料中最高的导热率，是普通半导体材料——硅的10倍。

该NJTT项目是DARPA热管理技术（TMT）项目中的工作之一，致力于降低复合半导体器件近接合部位的热电阻。NJTT项目始于2011年，正在开发通过基于金刚石基底的GaN和SiC的外延方式转移热量，以及通过SiC热侵蚀而使金刚石直接生长的方式转移热量。该TMT的目标是开发和优化新纳米结构材料以及其他用于热管理系统的最新进展。

（中国航空工业发展研究中心   映雪）