小米手机射频团队论文入选 IEDM 2025

近日，第71届国际电子器件大会 IEDM 2025（International Electron Devices Meeting，简称 IEDM）在美国旧金山召开。

在本届 IEDM 上，小米集团手机部与苏州能讯高能半导体有限公司、香港科技大学合作的论文成功入选，率先报道了应用于移动终端的高效率低压硅基氮化镓射频功率放大器，并在 GaN and III-V Integration for Next-Generation RF Devices 分会场首个亮相。

今年恰逢会议主题为“场效应晶体管的百年历史：塑造器件创新的未来”，此次入选标志着氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）技术在移动终端通信领域实现历史性突破，并获得了国际顶尖学术平台的高度认可。

这一成果源于小米对“技术为本”的坚持，以及对研发、人才与创新的高度重视，是小米“持续大规模投入底层核心技术，致力成为全球的新一代硬核科技的领导者”的重要例证之一。

IEDM 是全球半导体与电子器件领域最具权威和影响力的顶级会议之一，以其严苛的评审标准与前瞻性的技术视野，被誉为“电子器件突破性技术的风向标”和“器件的奥林匹克盛会”，在国际半导体技术界享有很高的学术地位和广泛的影响力。

会议始于1955年，距今已有七十余年历史，是报告半导体和电子器件技术、设计、制造、物理和建模等领域的关键技术突破的世界顶级论坛，同时它也是国际著名高校、研发机构和 Intel、 TSMC、三星、 IBM 等发布先进技术和最新进展的重要窗口和平台。

每一年的 IEDM 盛会，都是全球半导体行业关注的焦点。本次会议以100 YEARS of FETs: SHAPING the FUTURE of DEVICE INNOVATIONS 为主题，于2025年12月6日至10日召开。

论文简介

入选论文题目：《First Integration of GaN Low-Voltage PA MMIC into Mobile Handsets with Superior Efficiency Over 50%》

论文作者：张昊宸*，孙跃*（小米），钱洪途*，刘嘉男（小米），范水灵，韩啸，张永胜，张晖，张新川，邱俊卓，裴轶，刘水（小米），孙海定，陈敬，张乃千

*表示共同第一作者。该工作由小米手机射频团队主导完成，器件组孙跃博士为项目负责人。

论文详情：
https://iedm25.mapyourshow.com/8_0/sessions/session-details.cfm?scheduleid=273

研究背景

在当前移动通信技术从 5G/5G-Advanced 向 6G 演进的关键阶段，手机射频前端器件正持续面临超高效率、超宽带、超薄化与小型化的多重技术挑战。

作为射频发射链路的核心组件，功率放大器负责将微弱的射频信号有效放大并辐射传输至基站，其性能直接决定了终端通信系统的能效、频谱利用率与信号覆盖能力。目前主流手机功率放大器广泛采用砷化镓（GaAs）半导体工艺，该技术已商用二十余年，在过去数代通信系统中发挥了关键作用。

然而，随着 6G 技术愿景逐步清晰，通信系统对频段、带宽与能效的要求不断提升， GaAs 材料在电子迁移率、热导率和击穿电场等方面的物理限制日益凸显，导致其在功率附加效率、功率密度和高温工作稳定性等关键指标上逐渐逼近理论极限。因此，传统 GaAs 基功率放大器已难以满足未来通信对更高功率输出、更低能耗与更紧凑封装尺寸的综合需求。

在此背景下，以氮化镓（GaN）为代表的宽禁带半导体材料，凭借其高临界击穿电场与优异的热导性能，被视为突破当前射频功放性能瓶颈的重要技术方向之一。

然而，传统 GaN 器件主要面向通信基站设计，通常需在 28V/48V 的高压下工作，无法与手机终端现有的低压供电系统相兼容，这成为其在移动设备中规模化应用的关键障碍。

为攻克这一难题，研究团队聚焦于硅基氮化镓（GaN-on-Si）技术路线，通过电路设计与半导体工艺的协同创新，成功开发出面向手机低压应用场景的射频氮化镓高迁移率电子晶体管（GaN HEMT）技术，并率先在手机平台上完成了系统级性能验证，为6G时代终端射频架构的演进奠定了关键技术基础。

研究方法和实验

在外延结构方面，本研究重点围绕降低射频损耗与优化欧姆接触两大关键问题展开技术攻关。

一方面，通过实施原位衬底表面预处理，并结合热预算精确调控的 AlN 成核层工艺，显著抑制了 Si 基 GaN 外延中的界面反应与晶体缺陷，有效降低了射频信号传输过程中的衬底耦合损耗与缓冲层泄漏，使其射频性能逼近当前先进的 SiC 基 GaN 器件水平。

另一方面，通过开发高质量再生长欧姆接触新工艺，在降低界面势垒与提升载流子注入效率方面取得突破，实现了极低的接触电阻与均匀一致的方块电阻，为提升器件跨导、输出功率及高温稳定性奠定了工艺基础。

得益于外延设计优化与工艺创新，该晶体管能够在 10V 工作电压下，实现了功率附加效率突破80%、输出功率密度达 2.84 W/mm 的卓越性能。

结合手机终端产品的器件需求定义，我们进一步制定了器件的具体实现方案。该方案针对耗尽型高电子迁移率晶体管（D-Mode HEMT）的常开特性，设计了专用的栅极负压供电架构，通过精确的负压偏置与缓启动电路，确保器件在开关过程中保持稳定可靠，有效规避误开启与击穿风险。

在模组集成层面，通过多芯片协同设计与封装技术，实现了 GaN HEMT 工艺的功放芯片与 Si CMOS 工艺的电源管理芯片在模组内进行高密度封装集成。最终，该器件在手机射频前端系统中完成了关键性能指标的全面验证，为低压氮化镓技术在下一代移动通信终端中的应用提供重要参考。

研究结论

相较于传统的 GaAs 基功率放大器，在保持相当线度性的同时，研究团队开发的低压氮化镓功放展现出显著的性能优势。最终，该器件实现了比上一代更高的功率附加效率（PAE），并同时兼顾通信系统的线性度和功率等级要求，在系统级指标上达成重要突破。

未来展望

这一成果的实现，标志着低压硅基氮化镓射频技术从器件研发成功跨越至系统级应用。这不仅从学术层面验证了该技术的可行性，更在产业层面彰显了其在新一代高效移动通信终端中的巨大潜力。我们将持续深化与产业链的协同创新，推动该技术向更复杂的通信场景拓展，加速其在移动终端领域的规模化商用进程。

未来，小米更加坚定走科技创新的道路，推动更多前沿技术从实验室走向规模化落地，不断探索并实现更强大、更可靠、更极致的未来通信体验。

END