近期，小米手機射頻團隊論文成功入選全球半導體與電子器件領域頂會 IEDM 2025。
據悉，本屆IEDM上，小米集團手機部與蘇州能訊高能半導體有限公司、香港科技大學合作的論文成功入選，率先報道了應用于移動終端的高效率低壓硅基氮化鎵射頻功率放大器，并在GaN and III-V Integration for Next-Generation RF Devices分會場首個亮相。
小米技術官方微信表示，此次入選標志著氮化鎵高電子遷移率晶體管技術在移動終端通信領域實現歷史性突破，并獲得國際頂尖學術平臺的高度認可。
1、研究背景
小米指出，在當前移動通信技術從5G/5G-Advanced向6G演進的關鍵階段，手機射頻前端器件正持續(xù)面臨超高效率、超寬帶、超薄化與小型化的多重技術挑戰(zhàn)。以氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶半導體材料，憑借其高臨界擊穿電場與優(yōu)異的熱導性能，被視為突破當前射頻功放性能瓶頸的重要技術方向之一。
傳統(tǒng)GaN器件主要面向通信基站設計，通常需在28V/48V的高壓下工作，無法與手機終端現有的低壓供電系統(tǒng)相兼容，這成為其在移動設備中規(guī)模化應用的關鍵障礙。
為攻克這一難題，研究團隊聚焦于硅基氮化鎵（GaN-on-Si）技術路線，通過電路設計與半導體工藝的協(xié)同創(chuàng)新，成功開發(fā)出面向手機低壓應用場景的射頻氮化鎵高遷移率電子晶體管（GaN HEMT）技術，并率先在手機平臺上完成了系統(tǒng)級性能驗證，為6G時代終端射頻架構的演進奠定了關鍵技術基礎。
2、研究方法和實驗
在外延結構方面，本研究重點圍繞降低射頻損耗與優(yōu)化歐姆接觸兩大關鍵問題展開技術攻關。
一方面，通過實施原位襯底表面預處理，并結合熱預算精確調控的 AlN成核層工藝，顯著抑制了Si基GaN外延中的界面反應與晶體缺陷，有效降低了射頻信號傳輸過程中的襯底耦合損耗與緩沖層泄漏，使其射頻性能逼近當前先進的SiC基GaN器件水平。
另一方面，通過開發(fā)高質量再生長歐姆接觸新工藝，在降低界面勢壘與提升載流子注入效率方面取得突破，實現了極低的接觸電阻與均勻一致的方塊電阻，為提升器件跨導、輸出功率及高溫穩(wěn)定性奠定了工藝基礎。
圖片來源：小米技術
得益于外延設計優(yōu)化與工藝創(chuàng)新，該#晶體管 能夠在10V工作電壓下，實現了功率附加效率突破80%、輸出功率密度達2.84W/mm的卓越性能。
圖片來源：小米技術
結合手機終端產品的器件需求定義，我們進一步制定了器件的具體實現方案。該方案針對耗盡型高電子遷移率晶體管（D-Mode HEMT）的常開特性，設計了專用的柵極負壓供電架構，通過精確的負壓偏置與緩啟動電路，確保器件在開關過程中保持穩(wěn)定可靠，有效規(guī)避誤開啟與擊穿風險。
在模組集成層面，通過多芯片協(xié)同設計與封裝技術，實現了GaN HEMT工藝的功放芯片與Si CMOS工藝的電源管理芯片在模組內進行高密度封裝集成。最終，該器件在手機射頻前端系統(tǒng)中完成了關鍵性能指標的全面驗證，為低壓氮化鎵技術在下一代移動通信終端中的應用提供重要參考。
3、結語
小米認為，相較于傳統(tǒng)的GaAs基功率放大器，在保持相當線度性的同時，研究團隊開發(fā)的低壓氮化鎵功放展現出顯著的性能優(yōu)勢。最終，該器件實現了比上一代更高的功率附加效率（PAE），并同時兼顧通信系統(tǒng)的線性度和功率等級要求，在系統(tǒng)級指標上達成重要突破。
這一成果的實現，標志著低壓硅基氮化鎵射頻技術從器件研發(fā)成功跨越至系統(tǒng)級應用。這不僅從學術層面驗證了該技術的可行性，更在產業(yè)層面彰顯了其在新一代高效移動通信終端中的巨大潛力。小米將持續(xù)深化與產業(yè)鏈的協(xié)同創(chuàng)新，推動該技術向更復雜的通信場景拓展，加速其在移動終端領域的規(guī)模化商用進程。
（集邦化合物半導體整理）
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