Les transistors au nitrure de gallium (GaN) ont profondément transformé les amplificateurs RF de puissance. On les retrouve aujourd’hui dans les radars, les télécommunications, les équipements satellites et, à une échelle plus modeste, dans nos amplificateurs radioamateurs.
Mais une limite demeure : la chaleur.
Le 22 septembre 2026, Qorvo a annoncé une avancée spectaculaire : une augmentation de plus de 400 % de la densité de puissance RF en bande X sur un transistor GaN développé dans le cadre du programme THREADS de la DARPA.
Pourquoi le GaN ?
Pendant longtemps, les amplificateurs RF ont principalement utilisé des transistors au silicium ou à l’arséniure de gallium (GaAs). Le GaN possède cependant plusieurs propriétés particulièrement intéressantes : tension de claquage élevée, fonctionnement à haute température et possibilité de supporter simultanément des tensions et des courants importants.
Les transistors GaN HEMT (High Electron Mobility Transistor) peuvent ainsi produire beaucoup de puissance avec une surface active extrêmement réduite.
C’est ici qu’intervient une grandeur importante : la densité de puissance, généralement exprimée en W/mm.
Attention : il ne s’agit pas de watts par millimètre carré, mais de la puissance RF rapportée à la largeur totale de grille du transistor. Fujitsu précise par exemple cette définition pour ses propres dispositifs GaN.
La bande X, terrain d’essai du GaN
La bande X correspond approximativement à la région 8 à 12 GHz et est largement utilisée pour les radars, les communications satellites et différents systèmes hyperfréquences.
Pour un radioamateur, ces recherches sont particulièrement intéressantes car elles se rapprochent de nos activités à 10 GHz, mais les progrès réalisés sur le GaN peuvent également bénéficier à terme aux technologies utilisées à 2,4 ou 5,7 GHz.
Le véritable ennemi : la chaleur
Augmenter la puissance d’un transistor semble simple : augmenter la tension et le courant.
Malheureusement : Puissance électrique → chaleur → augmentation de la température de jonction.
Cette température peut être représentée de façon simplifiée par : Tjonction ≈ Tambiante + Pdissipée × Rθ où Rθ représente la résistance thermique entre la zone active du transistor et son environnement.
Lorsque la puissance augmente, la température de jonction finit par devenir la principale limite du transistor GaN.
La chaleur apparaît dans une région extrêmement petite située près du canal du transistor. Elle doit ensuite traverser différentes couches du semi-conducteur, le substrat, le boîtier puis finalement le dissipateur.
Dans un transistor GaN HEMT, la chaleur se concentre près de la grille et doit traverser plusieurs couches avant d’atteindre le dissipateur.
Chaque interface constitue un obstacle.
Lorsque la température augmente trop, les performances RF diminuent, la fiabilité se dégrade et la durée de vie du composant peut être considérablement réduite.
THREADS : refroidir au plus près du transistor
C’est précisément le problème auquel s’attaque la DARPA avec son programme THREADS — Thermal Reduction for Electronics through Advanced Devices and Heterogeneous Semiconductors.
L’idée n’est plus seulement d’installer un radiateur plus gros ou un ventilateur plus puissant. Les chercheurs travaillent directement sur les matériaux, l’architecture du transistor et les interfaces thermiques internes.
Les premiers résultats sont impressionnants : la DARPA indique que la phase I du programme a démontré environ cinq fois plus de densité de puissance RF que les dispositifs de référence, tout en conservant une durée de vie compatible avec les applications envisagées.
Qorvo vient maintenant d’annoncer, dans ce même programme, plus de 400 % d’amélioration de la densité de puissance en bande X. L’entreprise poursuit ses recherches dans la phase II de THREADS.
Il faut toutefois rester prudent : cela ne signifie pas qu’un amplificateur commercial devient automatiquement cinq fois plus puissant. Qorvo ne fournit d’ailleurs pas dans son annonce la valeur absolue en W/mm correspondant à ce transistor expérimental.
La course aux W/mm
Les progrès récents permettent néanmoins de mesurer le chemin parcouru.
En 2024, Fujitsu annonçait 31 W/mm en bande X avec un transistor InAlGaN/GaN fonctionnant sous 90 V.
En une décennie, la densité de puissance des transistors GaN a fortement progressé, tandis que THREADS vise désormais 81 W/mm.
Des travaux publiés dans Nature Communications ont depuis atteint 42 W/mm à 8 GHz et 20 W/mm à 30 GHz. Les chercheurs ont notamment obtenu une résistance thermique très faible grâce à une nouvelle technique de croissance des couches GaN sur carbure de silicium (SiC).
Ces chiffres ne doivent cependant pas être comparés trop directement : tensions, fréquences, fonctionnement pulsé ou continu, rendement et conditions thermiques peuvent être très différents.
Et pour les radioamateurs ?
Nous ne trouverons probablement pas demain un transistor issu de THREADS dans nos amplificateurs 10 GHz. Ces recherches concernent d’abord des applications professionnelles telles que les radars, les télécommunications et les systèmes hyperfréquences de forte puissance.
Mais les technologies finissent souvent par se diffuser.
Les radioamateurs utilisent déjà largement le GaN, notamment pour fabriquer des amplificateurs 2,4 GHz destinés à QO-100. Une meilleure gestion thermique pourrait à terme permettre des PA plus petits, plus puissants et éventuellement plus fiables.
Il faut cependant distinguer densité de puissance et rendement. Un transistor capable de fournir énormément de watts par millimètre n’est pas nécessairement celui qui transformera le plus efficacement la puissance continue en puissance RF.
La prochaine révolution sera peut-être thermique
Pendant des décennies, nous avons refroidi les transistors en ajoutant dissipateurs, ventilateurs et parfois refroidissement liquide.
THREADS adopte une approche différente : évacuer la chaleur au plus près de l’endroit où elle est créée.
Après la course aux GHz puis aux watts, la prochaine grande avancée des amplificateurs hyperfréquences pourrait donc se jouer à l’intérieur même du transistor.
Pour aller plus loin
Qorvo — annonce du 22 septembre 2026
Qorvo Achieves Key X-Band GaN Milestone in DARPA THREADS Program
DARPA — résultats du programme THREADS
DARPA THREADS the needle on thermal barriers to RF power
Fujitsu — transistor GaN atteignant 31 W/mm en bande X
World’s highest output X-band power amplifier
Nature Communications — transistor GaN atteignant 42 W/mm à 8 GHz
High power density gallium nitride RF transistors
