Бельгийский исследовательский центр Imec объявил о значительном технологическом прорыве в области радиочастотных транзисторов, разработанных на базе нитрида галлия на кремнии (RF GaN-on-Si). Новые устройства демонстрируют рекордные показатели мощности, линейности и энергоэффективности, что делает их одним из ключевых кандидатов на использование в инфраструктуре мобильной связи шестого поколения (6G).
Почему это важно?
Разработка 6G активно ведётся в ряде стран и регионов — ЕС, США, Японии, Южной Корее и Китае. Новое поколение связи будет опираться на ультравысокие частоты (30–300 ГГц), включая терагерцовый диапазон, и обеспечивать скорость передачи данных, превышающую 1 Тбит/с. Это откроет двери для таких сценариев, как:
● голографическая телеприсутствие;
● тактильный интернет (Tactile Internet) с низкой задержкой;
● нейроинтерфейсы и распределённый ИИ;
● автономный транспорт с передачей данных в режиме реального времени.
Ключевая техническая задача — создание передатчиков и усилителей, способных стабильно работать в условиях высокой плотности мощности и тепловой нагрузки. Именно здесь и раскрывается потенциал GaN-on-Si.
Преимущества GaN-on-Si
Решения на основе нитрида галлия (GaN) давно известны своей способностью выдерживать высокие напряжения, частоты и температуры. Однако использование кремниевой подложки (Si) вместо традиционного карбида кремния (SiC) делает возможным:
● интеграцию с существующими CMOS-процессами;
● значительное удешевление производства;
● масштабируемость на больших диаметрах пластин (200/300 мм).
До недавнего времени GaN-on-Si существенно проигрывал GaN-on-SiC по ряду параметров — в том числе по теплопроводности и линейности на ВЧ. Прорыв Imec устраняет этот разрыв.
Технические достижения
По данным Imec, новые GaN-on-Si HEMT (транзисторы с высокой подвижностью электронов) достигли:
● Выходной мощности >10 Вт/мм при 40 ГГц — это один из лучших показателей в мире на кремниевой подложке;
● Коэффициента усиления >12 дБ при сохранении высокой линейности — критично для базовых станций и радаров;
● Энергоэффективности более 60% при работе в классе AB;
● Улучшенной теплопроводности — благодаря новой архитектуре распределённого теплоотвода (включая черезкремниевые тепловые вентили и медные инсерты);
● Высокой надёжности — устройства выдерживают длительное воздействие ВЧ-нагрузок и многократное термоциклирование без деградации.
Все испытания проводились с участием промышленных партнёров в рамках инициативы REINDEER 6G, финансируемой Европейской комиссией.
Что это даёт индустрии?
1. Снижение стоимости 6G-инфраструктуры
Технология GaN-on-Si позволяет удешевить ключевые компоненты сетей миллиметрового и терагерцового диапазона, по сравнению с более дорогими GaN-on-SiC решениями.
2. Повышение энергоэффективности и компактности
Устройства на GaN-on-Si позволяют создавать малогабаритные, высокомощные усилительные модули, что критично для плотной городской застройки и устройств интернета вещей (IoT), где каждый ватт и каждый квадратный миллиметр на вес золота.
3. Расширение применения
Благодаря высокой устойчивости и мощности новые транзисторы могут использоваться не только в телеком-инфраструктуре, но и в:
● автомобильных радарах (77 ГГц и выше);
● спутниковых терминалах и ретрансляторах;
● военной и аэрокосмической электронике;
● системах терагерцовой визуализации и безопасности.
Глобальный контекст
Импульс в сторону GaN-on-Si чувствуется по всему миру. В 2025 году аналогичные исследования вели:
● Fujitsu — создание 94-ГГц GaN-модулей для 6G;
● Huawei — разработка GaN-чипов с интеграцией в SoC;
● DARPA — программа CHIPS для масштабируемой радиочастотной архитектуры.
Однако решение Imec стало первым с подтверждёнными метриками, совместимыми с массовым CMOS-производством, что делает его особенно значимым для глобального внедрения.
Кроме того, Imec уже начал процесс технологического трансфера в партнёрстве с TSMC и GlobalFoundries Europe. Ожидается, что первые предсерийные образцы появятся в начале 2026 года и будут доступны участникам экосистемы 6G.
Что дальше?
Следующий этап развития технологий RF GaN-on-Si, заявленных Imec, выходит за рамки лабораторных достижений и переходит в стадию прикладной интеграции и индустриализации. Основные направления:
1. Масштабирование архитектуры на многоканальные усилители (фазированные антенные решётки)
Один из ключевых вызовов 6G — это массовое формирование и управление направленными лучами сигнала (beamforming) в диапазоне миллиметровых и терагерцовых волн. Это требует создания высокоинтегрированных многоканальных модулей усиления с фазированной подстройкой.
Imec планирует разработку GaN-on-Si модулей, включающих в себя от 16 до 64 каналов с цифровым управлением фазой и амплитудой, интегрированных на одном подложечном уровне. Такие решения критичны для:
● базовых станций высокой плотности (dense urban 6G cells);
● направленных беспроводных интерфейсов (FR3 links);
● автомобильных и дроновых радаров с когерентной перестройкой.
2. Создание GaN-IP библиотеки, интегрируемой с EDA-платформами
Промышленное проектирование требует стандартизации. Imec совместно с Cadence, Synopsys и Siemens EDA работает над первой открытой библиотекой GaN-IP, включающей:
● модели активных и пассивных компонентов;
● симуляционные профили для высокой частоты и температур;
● шаблоны усилителей, переключателей, драйверов и смесителей.
Это позволит компаниям и университетам по всему миру проектировать собственные RF-модули на базе GaN-on-Si без необходимости в создании моделей с нуля, существенно сокращая цикл НИОКР.
3. Полевые испытания в составе экспериментальных 6G-станций
Imec уже участвует в двух ведущих европейских проектах:
● Hexa-X II — флагманская инициатива ЕС по созданию архитектуры 6G, в рамках которой будут развернуты пилотные зоны с использованием новых GaN‑модулей;
● 6G-Bridge — проект по обеспечению преемственности между 5G Advanced и 6G, в том числе через гибридные архитектуры (оптика + радио).
Первичные тесты намечены на второй квартал 2026 года в кампусах Левена (Бельгия) и Дрездене (Германия). Особое внимание будет уделено:
● стабильности сигнала на высоких частотах (>100 ГГц);
● электромагнитной совместимости;
● способности адаптации к динамическим каналам.
Прорыв, достигнутый Imec в области RF GaN-on-Si, — это не просто очередной виток совершенствования полупроводников. Это основа нового технологического уклада в глобальной инфраструктуре связи.