A review of the research and development of high-frequency, high-power gallium nitride radio-frequency electronic devices

为满足5G/6G通信与先进雷达系统对高频、高功率射频电子器件的迫切需求，氮化镓（GaN）基射频电子器件正经历从横向结构向纵向结构的关键技术演进。本文系统梳理了GaN基射频器件从平面横向拓扑向纵向体输运结构演进的技术脉络。针对传统高电子迁移率晶体管（HEMT）面临的短沟道效应及“耐压-面积”强耦合瓶颈，本文探讨了其通过新型宽禁带势垒材料的极化能带工程，结合N极性面与三维栅控（FinFET）架构，优化载流子输运特性的演进路径。进一步，深入探讨了基于体材料垂直输运的纵向器件的优势，着重剖析了GaN基异质结双极型晶体管（HBT）在大信号线性度方面的潜力，以及热电子晶体管（HET）借助纳米基区准弹道输运机制实现太赫兹频段工作的物理基础。最后，面对极高频与极端功率应用场景，本文指明了GaN射频技术的未来演进轨迹，并对横纵向器件的互补发展以及系统级异构集成的前沿方向进行了深度评述与展望。