IT之家12月14日消息，小米創(chuàng)辦人、董事長(zhǎng)兼CEO雷軍今日分享消息：小米手機(jī)射頻團(tuán)隊(duì)的論文成功入選全球半導(dǎo)體與電子器件領(lǐng)域頂尖會(huì)議IEDM 2025。小米技術(shù)官方指出，此次入選意味著氮化鎵高電子遷移率晶體管技術(shù)在移動(dòng)終端通信領(lǐng)域取得歷史性突破，獲得國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)平臺(tái)的高度認(rèn)可。

IT之家了解到，IEDM是全球半導(dǎo)體與電子器件領(lǐng)域極具權(quán)威和影響力的頂級(jí)會(huì)議，自1955年創(chuàng)辦以來(lái)已有七十多年歷史，是發(fā)布半導(dǎo)體和電子器件技術(shù)、設(shè)計(jì)、制造、物理及建模等領(lǐng)域關(guān)鍵突破的世界級(jí)論壇。

據(jù)介紹，在本屆IEDM上，小米集團(tuán)手機(jī)部與蘇州能訊高能半導(dǎo)體有限公司、香港科技大學(xué)合作的論文成功入選，該論文首次報(bào)道了應(yīng)用于移動(dòng)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(huì)場(chǎng)首個(gè)展示。

入選論文題目：《First Integration of GaN Low-Voltage PA MMIC into Mobile Handsets with Superior Efficiency Over 50%》

論文作者：張昊宸*，孫躍*（小米），錢(qián)洪途*，劉嘉男（小米），范水靈，韓嘯，張永勝，張暉，張新川，邱俊卓，裴軼，劉水（小米），孫海定，陳敬（香港科技大學(xué)），張乃千

*表示共同第一作者。這項(xiàng)工作由小米手機(jī)射頻團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)完成，器件組孫躍博士擔(dān)任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

論文詳情鏈接：https://iedm25.mapyourshow.com/8_0/sessions/session-details.cfm?scheduleid=273

研究背景

當(dāng)前移動(dòng)通信技術(shù)正處于從5G/5G-Advanced向6G演進(jìn)的關(guān)鍵階段，手機(jī)射頻前端器件面臨著超高效率、超寬帶、超薄化與小型化的多重技術(shù)挑戰(zhàn)。

功率放大器作為射頻發(fā)射鏈路的核心部件，負(fù)責(zé)將微弱的射頻信號(hào)放大并傳輸至基站，其性能直接影響終端通信系統(tǒng)的能效、頻譜利用率和信號(hào)覆蓋能力。目前主流手機(jī)功率放大器多采用砷化鎵（GaAs）半導(dǎo)體工藝，該技術(shù)已商用二十余年，在過(guò)去數(shù)代通信系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用。

但隨著6G技術(shù)方向逐漸明確，通信系統(tǒng)對(duì)頻段、帶寬和能效的要求不斷提高，GaAs材料在電子遷移率、熱導(dǎo)率和擊穿電場(chǎng)等方面的物理限制愈發(fā)明顯，導(dǎo)致其在功率附加效率、功率密度和高溫工作穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標(biāo)上逐漸接近理論極限。傳統(tǒng)GaAs基功率放大器已難以滿足未來(lái)通信對(duì)更高功率輸出、更低能耗和更緊湊封裝尺寸的綜合需求。

在此情況下，氮化鎵（GaN）這類(lèi)寬禁帶半導(dǎo)體材料憑借高臨界擊穿電場(chǎng)和優(yōu)異的熱導(dǎo)性能，成為突破射頻功放性能瓶頸的重要技術(shù)方向。不過(guò)，傳統(tǒng)GaN器件主要針對(duì)通信基站設(shè)計(jì)，通常需要在28V/48V高壓下工作，無(wú)法適配手機(jī)終端現(xiàn)有的低壓供電系統(tǒng)，這是其在移動(dòng)設(shè)備中規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵障礙。

為解決這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)聚焦硅基氮化鎵（GaN-on-Si）技術(shù)路線，通過(guò)電路設(shè)計(jì)與半導(dǎo)體工藝的協(xié)同創(chuàng)新，成功開(kāi)發(fā)出適用于手機(jī)低壓場(chǎng)景的射頻氮化鎵高遷移率電子晶體管（GaN HEMT）技術(shù)，并率先在手機(jī)平臺(tái)完成系統(tǒng)級(jí)性能驗(yàn)證，為6G時(shí)代終端射頻架構(gòu)的發(fā)展奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。

研究方法和實(shí)驗(yàn)

在外延結(jié)構(gòu)方面，研究主要圍繞降低射頻損耗和優(yōu)化歐姆接觸兩大關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)攻關(guān)。

一方面，通過(guò)原位襯底表面預(yù)處理結(jié)合熱預(yù)算精確調(diào)控的AlN成核層工藝，有效抑制了Si基GaN外延中的界面反應(yīng)和晶體缺陷，降低了射頻信號(hào)傳輸時(shí)的襯底耦合損耗與緩沖層泄漏，使其射頻性能接近當(dāng)前先進(jìn)的SiC基GaN器件水平。

另一方面，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了高質(zhì)量再生長(zhǎng)歐姆接觸新工藝，在降低界面勢(shì)壘和提升載流子注入效率上取得突破，實(shí)現(xiàn)了極低的接觸電阻和均勻的方塊電阻，為提升器件跨導(dǎo)、輸出功率及高溫穩(wěn)定性打下工藝基礎(chǔ)。

借助外延設(shè)計(jì)優(yōu)化與工藝創(chuàng)新，該晶體管在10V工作電壓下，實(shí)現(xiàn)了功率附加效率突破80%、輸出功率密度達(dá)2.84 W/mm的出色性能。

結(jié)合手機(jī)終端產(chǎn)品的器件需求，團(tuán)隊(duì)制定了具體實(shí)現(xiàn)方案。針對(duì)耗盡型高電子遷移率晶體管（D-Mode HEMT）的常開(kāi)特性，設(shè)計(jì)了專(zhuān)用的柵極負(fù)壓供電架構(gòu)，通過(guò)精確的負(fù)壓偏置與緩啟動(dòng)電路，確保器件開(kāi)關(guān)過(guò)程穩(wěn)定可靠，避免誤開(kāi)啟與擊穿風(fēng)險(xiǎn)。

在模組集成層面，通過(guò)多芯片協(xié)同設(shè)計(jì)與封裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)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(nèi)的高密度封裝集成。最終，該器件在手機(jī)射頻前端系統(tǒng)中完成了關(guān)鍵性能指標(biāo)的全面驗(yàn)證，為低壓氮化鎵技術(shù)在下一代移動(dòng)通信終端中的應(yīng)用提供了重要參考。

研究結(jié)論

與傳統(tǒng)GaAs基功率放大器相比，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的低壓氮化鎵功放在保持相近線性度的同時(shí)，展現(xiàn)出顯著的性能優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了比上一代更高的功率附加效率（PAE），同時(shí)滿足通信系統(tǒng)的線性度和功率等級(jí)要求，在系統(tǒng)級(jí)指標(biāo)上取得重要突破。

未來(lái)展望

這一成果標(biāo)志著低壓硅基氮化鎵射頻技術(shù)從器件研發(fā)成功邁向系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用，不僅在學(xué)術(shù)上驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性，也在產(chǎn)業(yè)層面展現(xiàn)了其在新一代高效移動(dòng)通信終端中的巨大潛力。團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深化與產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同創(chuàng)新，推動(dòng)該技術(shù)向更復(fù)雜的通信場(chǎng)景拓展，加速其在移動(dòng)終端領(lǐng)域的規(guī)?；逃?。

未來(lái)，小米將堅(jiān)定走科技創(chuàng)新之路，推動(dòng)更多前沿技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向規(guī)?；瘧?yīng)用，不斷探索并打造更強(qiáng)大、更可靠、更極致的未來(lái)通信體驗(yàn)。

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