電子發燒友網綜合報道 小米公布GaN射頻器件研發新進展！在近期舉行的第 71 屆國際電子器件大會（IEDM 2025）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《First Integration of GaN Low-Voltage PA MMIC into Mobile Handsets with Superior Efficiency Over 50%》成功入選，并在 “GaN and III-V Integration for Next-Generation RF Devices” 分會場首個亮相，標志著氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN HEMT）技術在移動終端通信領域實現歷史性突破。

當前移動通信正處于從 5G/5G-Advanced 向 6G 演進的關鍵階段，手機射頻前端器件面臨超高效率、超寬帶、超薄化與小型化的多重技術挑戰。作為射頻發射鏈路核心組件，功率放大器（PA）的性能直接決定終端通信系統的能效、頻譜利用率與信號覆蓋能力。

長期以來，主流手機功率放大器采用砷化鎵（GaAs）半導體工藝，雖在過去數代通信系統中發揮關鍵作用，但隨著 6G 技術對頻段、帶寬與能效的要求持續提升，GaAs 材料在電子遷移率、熱導率和擊穿電場等方面的物理限制日益凸顯，其功率附加效率、功率密度和高溫工作穩定性等關鍵指標逐漸逼近理論極限，已難以滿足未來通信對更高功率輸出、更低能耗與更緊湊封裝尺寸的綜合需求。

氮化鎵（GaN）作為寬禁帶半導體材料，憑借高臨界擊穿電場與優異熱導性能，被視為突破射頻功放性能瓶頸的重要方向。但傳統 GaN 器件主要面向通信基站設計，需在 28V/48V 高壓下工作，無法與手機終端現有低壓供電系統兼容，成為其在移動設備中規模化應用的關鍵障礙。

為攻克傳統 GaN 技術的低壓適配難題，研究團隊聚焦硅基氮化鎵（GaN-on-Si）技術路線，通過電路設計與半導體工藝的協同創新，實現了從器件研發到系統級應用的跨越：

1. 外延結構與工藝創新，奠定性能基礎
采用原位襯底表面預處理結合熱預算精確調控的 AlN 成核層工藝，顯著抑制硅基 GaN 外延中的界面反應與晶體缺陷，有效降低射頻信號傳輸的襯底耦合損耗與緩沖層泄漏，使射頻性能逼近先進碳化硅基 GaN 器件水平；

開發高質量再生長歐姆接觸新工藝，突破界面勢壘降低與載流子注入效率提升的技術難點，實現極低接觸電阻與均勻一致的方塊電阻，為器件跨導、輸出功率及高溫穩定性提供工藝保障。

得益于上述創新，該 GaN HEMT 晶體管在 10V 低壓工作條件下，實現功率附加效率（PAE）突破 80%、輸出功率密度達 2.84W/mm 的卓越性能，遠超傳統 GaAs 器件水平。

2. 電路與封裝設計，適配手機應用場景
針對耗盡型高電子遷移率晶體管（D-Mode HEMT）的常開特性，設計專用柵極負壓供電架構，通過精確負壓偏置與緩啟動電路，確保器件開關過程穩定可靠，規避誤開啟與擊穿風險；
采用多芯片協同設計與封裝技術，實現 GaN HEMT 工藝功放芯片與 Si CMOS 工藝電源管理芯片的高密度封裝集成，完成手機射頻前端系統的關鍵性能全面驗證。

3. 系統級性能卓越，突破行業極限
在三階段 MMIC 功率放大器中，該技術實現了優異的系統級性能：在 2.0GHz 頻段下，增益達 39.3dB，輸出功率（Pout）達 39.3dBm，功率附加效率（PAE）達 60.1%，同時保持高效手機運行所需的線性度，其器件與電路級功率性能超越其他低壓射頻應用技術。

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來源：@小米技術

從配套的測試示意圖可見，小米團隊并未局限于實驗室器件測試，而是直接在智能手機主板上，對三階段 GaN-on-Si 功率放大器（PA）開展了功率性能評估。

該成果的核心價值在于首次將 GaN 低壓功率放大器 MMIC 集成至移動終端并實現系統級驗證，不僅從學術層面證實了低壓硅基氮化鎵射頻技術的可行性，更在產業層面打破了傳統 GaN 技術與手機低壓供電系統的兼容壁壘，為 6G 時代終端射頻架構演進奠定關鍵技術基礎。

相較于傳統 GaN 基功率放大器，該低壓氮化鎵功放在保持相當線性度的同時，顯著提升了功率附加效率，兼顧通信系統的線性度和功率等級要求，展現出在新一代高效移動通信終端中的巨大應用潛力。