近日，由宾夕法尼亚州立大学电气工程教授Rongming Chu领导的研究团队，设计出了一种可在800 ℃下工作的氮化镓晶体管——足以熔化食盐的高温。这项技术突破不仅挑战了现有半导体材料的物理极限，更可能重塑极端环境下电子设备的设计逻辑。
传统硅基晶体管因带隙较窄（1.12eV），在300°C以上时电子会因热激发持续导通，导致器件失效。而氮化镓凭借宽禁带（3.4eV）和高临界电场强度（3.3MV/cm），天然具备高温适应性。
研究团队本次所开发的器件为氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT），其结构为：铝镓氮（AlGaN）层覆盖在氮化镓（GaN）基底之上，界面处形成一种高浓度、低阻抗的二维电子气（2DEG）。
具体来说，研究团队采用氮化铝镓（AlGaN）/氮化镓异质结设计，在两种材料界面处形成高浓度电子气层（密度约1×10¹³cm⁻²）。这种结构使电子迁移率高达2000 cm²/(V・s)，是硅材料的10倍以上，从而在高温下仍能保持低电阻特性。
尽管GaN在使用寿命上仍面临挑战，这款器件却成功拓宽了电子设备的极限工作环境。Chu教授指出：“如果我们能在800 ℃下稳定运行1小时，那么在600或700 ℃下就可以保持更久。”例如，金星表面温度为470 ℃，该器件为金星探测器上的电子系统提供了可行选项。
除了在太空探测、航空航天领域的应用，该研究成果还有望应用在化石能源、核能、电动汽车等工业领域，以及量子计算、深空探测等前沿科研领域。
比如在核能领域，高温气冷堆（HTGR）的堆芯温度达950°C，该晶体管可用于控制棒驱动系统，提升反应堆响应速度至毫秒级。
比如在电动汽车领域，在电机控制器中，800°C器件可取消液冷系统，使功率模块体积缩小40%，同时耐受电池热失控产生的高温冲击。
总而言之，该研究验证了 “宽禁带+界面工程” 路线的可行性，推动学术界重新评估氮化镓在高温领域的潜力。目前，美国政府已追加200万美元资助，用于开发耐1000°C的氮化镓基传感器阵列。
（集邦化合物半导体整理）
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