高性能氮化鎵晶體管研制成功

　　據美國物理學家組織網9月22日（北京時間）報道，法國和瑞士科學家首次使用氮化鎵在（100）-硅（晶體取向為100）基座上，成功制造出了性能優異的高電子遷徙率晶體管（HEMTs）。此前，氮化鎵只能用于（111）-硅上，而目前廣泛使用的由硅制成的互補性金屬氧化半導體（CMOS）芯片一般在（100）-硅或（110）-硅晶圓上制成。這表明，新晶體管能同由（110）-硅制成的CMOS芯片兼容，科學家可據此研制出兼具CMOS芯片的計算能力和氮化鎵晶體管大功率容量的混合電子元件，以獲得更小更快、能耗更低的電子設備。

　　晶體管主要由硅制成，用在高電壓電路中，其作用是計算以及增強電子射頻信號。瑞士蘇黎世聯邦高等工學院（ETH）的科倫坡·博羅內斯說：“硅是上帝賜予工程師們的禮物。硅不僅是做基座，也是做半導體和芯片的基本材料。”

　　然而，硅也有缺陷。當溫度超過200攝氏度后，硅基設備開始出故障。氮化鎵晶體管能應對1000攝氏度以上的高溫；其能應對的電場強度也是硅的50多倍，這使科學家們可用氮化鎵制造出更快的電子線路。博羅內斯說：“這一點對于通訊來說尤為重要，因為工程師們能借此更快更有效地處理信息。”

　　但科學家們一直認為氮化鎵技術太過昂貴，不能取代硅技術。不過，最近工程師們開始利用氮化鎵在構建動力電子設備方面的優勢，希冀研發出更快、更耐熱、能效更高的晶體管。

　　因為氮化鎵和硅這兩種材料的屬性不同，很難將兩者結合在一個晶圓上，并且在加熱過程中可能也會產生裂痕。不過，在最新研究中，博羅內斯和法國國家科學研究中心的科學家成功地將氮化鎵種植在（100）-硅晶圓上，制造出了新的氮化鎵晶體管，也解決了高溫可能產生裂痕的問題。

　　（100）-硅基座的成本為每平方厘米50美分，比常用的藍寶石或碳化硅基座更便宜（碳化硅基座的成本為每平方厘米5美元至20美元），大大降低了氮化鎵技術的成本。科學家們也可以使用硅制造出直徑為30厘米的大晶圓，用藍寶石或碳化硅則無法做到這些。

　　另外，氮化鎵具有良好的耐熱性能，因此由其制成的動力電子設備幾乎不需要冷卻。博羅內斯表示，如果移動通訊基站配備氮化鎵晶體管，運營商將不再需要高能耗的冷卻系統。照明能耗約占全球能耗的20%，用氮化鎵制成的一個5瓦的燈泡與傳統60瓦的白熾燈一樣明亮，因此，氮化鎵有助于為照明領域節省大量能源。

　　科學家們也已證明，氮化鎵晶體管能更快發光，且頻率可高達205G赫茲，足以使計算機、手機以及動力電子設備更快、更小且更經濟。