西电集成电路学部郝跃院士团队张进成教授等取得超宽禁带半导体氧化镓射频器件研究重要突破

西安电子科技大学郝跃院士团队张进成教授课题组在超宽禁带半导体氧化镓（Ga₂O₃）射频器件研究中取得重要突破，创造了该类型器件性能的新纪录：最高振荡频率达90 GHz，在6 GHz频率下输出功率密度达到4.1 W/mm，并首次展现了氧化镓射频器件的低噪声潜力—在8 GHz下最小噪声系数仅为0.48 dB。

该成果以“Heterogeneous integration of ultrawide bandgap semiconductors for radio frequency power devices”为题，发表于国际顶级综合期刊《Science Advances》(Sci. Adv. 2025, 11, eadw6167 (2025))，并被选为同期封面论文之一。西安电子科技大学为论文第一作者单位和通讯作者单位，第一作者为周弘教授，通讯作者为张进成教授、香港大学张宇昊教授以及西电周敏博士。合作单位包括上海交通大学和美国弗吉尼亚理工大学。此外，前期研究成果入选国际微电子领域顶级会议(IEDM 2023，VLSI 2024)，并受邀在国际知名行业杂志《Compound Semiconductor》专栏报道，标志着我校在超宽禁带半导体射频领域的持续原始创新突破并具备国际领先水平。

高性能半导体射频器件是通信、雷达、制导、电子对抗等无线电系统的核心。从第一代硅、第二代砷化镓/磷化铟，到第三代宽禁带半导体氮化镓，射频器件持续推动无线通信与雷达技术的跨越发展。近年来，第四代超宽禁带半导体氧化镓因其更宽的禁带、更高的临界击穿场强和高电子饱和速度等优势，被视为下一代高性能射频器件的关键技术方向。然而，氧化镓材料热导率低、电子限域性弱等问题，限制了其射频器件在频率、输出功率和效率方面的表现。

针对上述挑战，研究团队在国家自然科学基金委创新研究群体、青A、青B等项目支持下，提出将氧化镓薄膜与高导热超宽禁带半导体氮化铝衬底进行异质集成的方法，实现了亚纳米级界面非晶层结构，并利用氧化镓/氮化铝界面处高达3.4 eV的导带偏移，显著增强了电子限域能力。通过材料结构优化与工艺创新，团队成功制备出高性能T型栅氧化镓射频功率晶体管，在2 GHz和6 GHz频率下的输出功率密度分别达到4.6 W/mm和4.1 W/mm，最高振荡频率达90 GHz，均为目前氧化镓射频器件的国际最高水平。同时，该器件在8 GHz下噪声系数低至0.48 dB，进一步彰显了氧化镓在新一代射频应用中的广阔前景。

图1：氧化物半导体截止频率耐压积与最大震荡频率对比

图2：超宽禁带半导体射频功率器件的输出功率密度与效率对比

图3：该论文入选Science Advances封面论文之一

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（本文来源：西安电子科技大学）