低寄生损耗射频级硅基氮化镓技术革新
低寄生损耗射频级硅基氮化镓技术革新
长期以来,性能缺陷始终限制着硅基氮化镓半导体材料在主流射频领域的规模化落地,而全新的改良技术成功突破了这一行业痛点。半导体技术企业 Atomera 指出,该创新方案可依托低成本硅衬底实现射频器件性能的跨越式升级,彻底重塑氮化镓射频产品的商业化成本体系,为行业降本增效提供全新路径。
在高端射频设备的制造领域,碳化硅衬底是氮化镓器件的主流基底选择。该方案能够保障器件稳定优异的工作性能,但受制于高昂的原材料成本与有限的量产能力,难以适配大规模产业化推广的需求。与之相比,硅衬底具备天然的成本优势与量产拓展潜力,不仅支持大尺寸晶圆加工,还能完美兼容传统硅半导体的成熟制造产线,是实现射频氮化镓器件普及的理想基底材料。
不过传统硅基氮化镓存在致命短板,衬底界面形成的寄生导电沟道会产生额外损耗,大幅削弱器件工作效率,且高频工作场景下的损耗问题会进一步恶化。针对这一行业难题,Atomera 自主研发的米尔斯硅技术( MST )应运而生。该技术可有效抑制器件寄生损耗、优化信号线性度,为 5G 通信及各类高频射频设备提供高性价比的氮化镓解决方案,补齐了传统硅基氮化镓的性能短板。
作为一项基于量子工程研发的薄膜改性技术,MST 的核心原理是在硅晶圆表层构建一层均匀的氧改性薄膜。该改性层能够优化硅基底的晶格结构,阻挡内部掺杂离子的扩散迁移,大幅改善氮化镓与硅衬底结合界面的晶体品质,为氮化镓薄膜的外延生长提供优质基底条件,让普通硅衬底足以支撑高性能射频器件的生产制造。
MST 工艺晶圆与硅基准晶圆对照样片的二次离子质谱( SIMS )对比分析

采用 MST 工艺后,栅氧化层界面附近的硼掺杂浓度可降低一个数量级以上

MST 工艺可抑制氧化增强扩散( OED ),实现硼离子锚定注入,相较于普通硅基准片,硼元素扩散程度大幅降低
为验证 MST 技术的实际应用效果,射频半导体表征与建模专业厂商 Incize 对首批搭载该技术的硅基氮化镓样品开展了全方位射频性能测试。这家比利时企业的测试结果证实,改性后的样品界面寄生电荷大幅削减,射频工作损耗得到显著优化。
Atomera 的内部实验数据进一步印证了 MST 技术的优越性。该技术可将硅基氮化镓的寄生沟道电荷降低一个数量级以上,从根源上解决了射频功率损耗的核心问题,大幅提升器件的高频工作性能。同时,改性后的器件具备极强的工况稳定性,在高功率、高负载的严苛工作条件下,依旧能够维持优质的信号保真度与线性度。
Atomera 创始人兼 CTO Robert Mears 强调,信号线性度是射频工程设计中至关重要的核心指标。依托 MST 技术改造的硅基氮化镓器件,同时兼具高端陷阱富集型 RF SOI 工艺的超低射频损耗与超高线性度两大核心优势。在 30mW 的标准输入功率测试条件下,该器件的线性性能较常规未改性硅基氮化镓基准晶圆提升了 1000 倍,性能表现十分优异。
总部位于美国加州洛斯加托斯的 Atomera 公司,核心业务聚焦半导体新材料研发与工艺技术授权,其推出的 MST 技术为低成本、高性能射频氮化镓器件的规模化量产提供了核心技术支撑,有效平衡了射频设备的性能与成本,为射频半导体行业的迭代发展提供了全新方向。
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参考文献
[1] www.atomera.com

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