美国国家航空航天局授予美国亚利桑那州立大学75万美元，研发首个氮化镓处理器，满足未来500摄氏度及以上空间任务需求

近日，美国国家航空航天局（NASA）“热工作温度技术”（HOTTech）项目授予美国亚利桑那州立大学电子和计算机工程专家Yuji Zhao一份为期三年、价值75万美元的合同，将开发首个基于氮化镓（GaN）的可工作于高温环境的微处理器，对未来空间探索任务带来变革。

图为Yuji Zhao手持GaN晶圆

GaN目前是主要用于LED、射频（RF）器件和半导体功率电子器件的半导体化合物材料，导电效率是硅的1000余倍，工作功率和耐温能力也都远优于硅。因此，GaN预期将在功率电子领域对硅基器件形成替代。

谈及即将开始的项目，Zhao说：“GaN能够支持电子系统更高运行效率，大幅减少尺寸和重量，提供更高的运行温度，所有这些都是各种空间应用所高度需要的。”他指出，由于硅的特性，硅基集成电路在更高温度时容易发生故障，工作频率也低。而GaN适用于更高工作温度和辐射环境。而且，由于二维电子气，GaN高电子迁移率晶体管可使GaN基器件具有更快频率响应。

根据HOTTech项目，Zhao计划在接下来的几年中研发出基于GaN的微处理器，能够有效地工作在超过500摄氏度的高温下。HOTTech项目的主要目标是研发相应技术并使之成熟，这些技术最终将减少在接近或超过500摄氏度高温环境下任务的技术风险。

研发第一个GaN处理器可能需要花费几年时间。Zhao说：“挑战主要来自三个方面：器件、系统和可靠性。在器件层，必须展示具有热稳定性的GaN增强/耗尽模式N型和P型金属氧化物半导体晶体管，这需要特殊的材料生长技术、结构设计和接触。在系统级，重要的是研发出集成电路组成模块，如使用GaN晶体管实现或非（NOR）门和与非（NAND）门电路。GaN芯片设计和制造与硅芯片非常不同。”

随着NASA和其他空间机构正在计划未来几年开展星际任务，该技术将支持科学家探索高温环境。Zhao说：“该材料将是以高温环境为目的地的空间探索任务所强烈需求的。对于NASA，该项目将对大量任务都带来益处，尤其是聚焦于高温环境作为目的地的NASA科学任务委员会相关任务，如金星表面、水星，气态巨行星（气体组成的巨行星，如木星、土星、天王星和海王星）的深大气”。

但在现阶段，由于处理器和相关技术的研发可能花费几年时间，新研发的处理器何时将首次用于NASA仍不清楚。Zhao期望与项目相关的预期结果能够在未来10年实现。