美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）宣布已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種新的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移氮化鎵（GaN）方法，為未來(lái)第五代、高速、靈活的通信系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。
AFRL材料和制造部的科學(xué)家Nicholas Glavin說(shuō)：“我們展示了在柔性襯底上生長(zhǎng)和放置材料的能力，從而為可穿戴設(shè)備或電子設(shè)備的供電提供了潛在可能。 我們是有史以來(lái)第一個(gè)展示出基于氮化鎵的柔性RF（射頻）晶體管器件的公司，該器件實(shí)際上具有一定的延展性和柔性。”

GaN 的制造新方法

砷化鎵（GaAs）通常是無(wú)限設(shè)備的首選材料，但由于GaAs在高功率下傳輸高頻信號(hào)的能力有限，使其傳輸高頻數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)延遲或者說(shuō)數(shù)據(jù)傳輸速率低。相比之下，GaN具有以高功率高頻率傳輸大量數(shù)據(jù)信息的卓越能力，但由于材料制造的成本過(guò)高，通常需要諸如藍(lán)寶石等剛性襯底、精確的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，使其在應(yīng)用上受到限制。另外，用這種方法在襯底上生長(zhǎng)的GaN只能用于平坦的平面，不能彎曲或拉伸。

AFRL的新型GaN生產(chǎn)方法利用了氮化硼的物理特性。 GaN在氮化硼上生長(zhǎng)，然后，利用氮化硼和氮化鎵生長(zhǎng)表面之間的弱化學(xué)鍵，使得氮化鎵能夠轉(zhuǎn)移到另一個(gè)襯底上，從而在獨(dú)特的平臺(tái)和器件上實(shí)現(xiàn)通信能力。

成果意義

Glavin表示：“我們看到這個(gè)研究直接有益于空軍的兩個(gè)主要應(yīng)用。一是可穿戴系統(tǒng)。當(dāng)我們通過(guò)作戰(zhàn)人員等可穿戴設(shè)備攜帶人員收集更多信息時(shí)，或開(kāi)發(fā)更多傳感器技術(shù)時(shí)，我們需要獲取這些信息并通知采取行動(dòng)?；贕aN的靈活發(fā)射器可以更有效的完成這些操作。二是靈活的共形雷達(dá)技術(shù)。典型的雷達(dá)系統(tǒng)體積龐大，但使用這種技術(shù)，我們可以創(chuàng)建更容易集成到動(dòng)態(tài)環(huán)境中的系統(tǒng)。”

另一個(gè)好處是直接在天線系統(tǒng)上進(jìn)行功率放大。如果有一個(gè)靈活的功率放大器，就可以盡可能靠近雷達(dá)天線，只需要消除信號(hào)傳播的距離就可以提高性能。 靈活的氮化鎵能夠?qū)⒎糯笃髋c天線放在同一個(gè)平臺(tái)上，提高性能和傳輸效率。

柔性GaN 潛力巨大

AFRL靈活射頻電子材料和工藝團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Donald Dorsey博士說(shuō)：“進(jìn)一步開(kāi)發(fā)GaN材料時(shí)國(guó)防部的首要任務(wù)。我們是首個(gè)演示GaN柔性射頻晶體管器件，且能夠在拉伸情況下保持高性能的團(tuán)隊(duì)。我們有能力研發(fā)出用于高功率通信和雷達(dá)的、更緊湊、多功能的GaN高頻發(fā)射機(jī)。”

隨著通信需求的不斷增長(zhǎng)和迅速擴(kuò)大，將GaN轉(zhuǎn)移到柔性或其他任意襯底的能力對(duì)空軍具有巨大的價(jià)值。

未來(lái)工作

Glavin說(shuō)：“我們正在進(jìn)行材料集成的研究，將繼續(xù)優(yōu)化AFRL開(kāi)發(fā)的GaN與多種材料表面的整合能力，并將尋找方法提升性能和轉(zhuǎn)移工藝。團(tuán)隊(duì)已經(jīng)針對(duì)材料生長(zhǎng)工藝和將GaN 用于射頻器件兩方面的研究申請(qǐng)專(zhuān)利。”