作者 Barry Manz, Mouser Electronics GaN贏在哪里 下面列出GaN的幾個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)： 1.有源相控陣(AESA)雷達(dá)和電子戰(zhàn)(EW)系統(tǒng)：這些是碳化硅襯底氮化鎵（或者是金剛石襯底）晶體管或者單片微波集成電路（MMIC）的關(guān)鍵應(yīng)用，而且多年來(lái)已經(jīng)成為這個(gè)領(lǐng)域的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)楫?dāng)前或再過(guò)幾年都沒(méi)有其他技術(shù)可以可供碳化硅襯底氮化鎵的功率密度和其他優(yōu)勢(shì)。 下圖顯示了Ka波段砷化鎵和碳化硅襯底氮化鎵MMIC射頻功率放大器（如圖2所示）的構(gòu)成。兩者都由TriQuint制造。每個(gè)放大器在30GHz提供6W射頻功率，不過(guò)，氮化鎵所需的有源器件更少，所以MMIC只需要一個(gè)簡(jiǎn)單的四路功率合成器。砷化鎵MMIC放大器需要更多的器件而且電路更復(fù)雜，因?yàn)樗仨毎?2路功率合成器，它影響了MMIC的最終尺寸。砷化鎵 MMIC大約是鉛筆橡皮擦頂部面積那么大小，而GaN 放大器則大約是生米粒大小。 圖2：砷化鎵 MMIC大約是鉛筆橡皮擦頂部面積那么大小，而GaN 放大器大約是生米粒大小。 顯然籠統(tǒng)來(lái)看這兩個(gè)器件都不大，但當(dāng)考慮應(yīng)用的時(shí)候例如相控陣?yán)走_(dá)時(shí)氮化鎵的優(yōu)勢(shì)就很明顯了。AESA雷達(dá)可能有70000個(gè)部件，每一個(gè)由基于MMIC的發(fā)射/接收模塊伺服，相對(duì)于砷化鎵MMIC來(lái)說(shuō)，氮化鎵MMIC的尺寸可以更小，再結(jié)合氮化鎵的高功率輸出和更高的工作頻率，氮化鎵q器件在相控陣?yán)走_(dá)中取代砷化鎵是理所當(dāng)然的了。 2.工作在4 GHz以上大功率、寬帶系統(tǒng)：除了氮化鎵沒(méi)有其他技術(shù)可以提供這些系統(tǒng)所需要的性能。從非常小的用于衛(wèi)星通信合成孔徑終端(VSATs)到更高頻段的微波鏈路，氮化鎵將是其不二的選擇。 3.一些低噪聲放大器(lna)：盡管GaN和GaAs在噪聲性能方面不分伯仲，但是GaN可以處理已經(jīng)失真或失效的更大幅度信號(hào)。氮化鎵在這些低噪聲放大器領(lǐng)域不會(huì)很快取代砷化鎵、硅鍺(鍺硅)或任何其他技術(shù)。然而在處理高電平信號(hào)時(shí)，GaN有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 4.高功率射頻開(kāi)關(guān)和其他控制組件：GaN的高擊穿電壓和電流處理能力使其比基于砷化鎵MMIC更適合做開(kāi)關(guān)。它們也可以工作在高效寬帶領(lǐng)域，它們有相同的低插入損耗和高隔離的PIN二極管開(kāi)關(guān)，可以處理更高功率且電流消耗低，TriQuint的TGS2354 碳化硅襯底氮化鎵 SPDT反射開(kāi)關(guān)裸片（圖3）覆蓋了500MHz到6GHz頻段，可處理40 W射頻功率，開(kāi)關(guān)速度不到50 ns，虧損僅為0.8 dB或更少并且隔離度大于25dB。 圖3：TriQuint的TGS2354 GaN-on-SiC開(kāi)關(guān)die適合適合大功率應(yīng)用的要求。 前途一片光明 假如將GaN在RF領(lǐng)域的發(fā)展分成幾個(gè)章節(jié)；在第一章完成初始開(kāi)發(fā)之后，現(xiàn)在我們剛剛完成了第二章。到目前為止,已經(jīng)建立了一個(gè)商業(yè)市場(chǎng),已經(jīng)確定了設(shè)備可靠性和制造能力，晶圓尺寸已經(jīng)達(dá)到6英寸，許多公司已經(jīng)展示了材料的潛力，這一切都在2000年前后實(shí)現(xiàn)，自從1980年代開(kāi)始發(fā)展砷化鎵MMIC以來(lái)，這是取得的最矚目的成就。 在接下來(lái)的章節(jié)中，GaN將開(kāi)始獲取更多發(fā)展?jié)摿Α峁芾砑夹g(shù)，其技術(shù)進(jìn)步的主要因素是解決使用金剛石作為襯底和熱輥材料（在鋁-金剛石模型復(fù)合材料中），散熱片的進(jìn)步通過(guò)使用高導(dǎo)熱系數(shù)的材料和其他技術(shù)。這些其他方法可讓功率密度增加。而今天晶體管門功率密度實(shí)際是低于10 W / mm(砷化鎵不超過(guò)1.5 W /毫米)，現(xiàn)在一個(gè)非常簡(jiǎn)單的器件就可以有高達(dá) 圖4：Cree的碳化硅HEMT可提供比硅和砷化鎵晶體管更大的功率密度和更寬的帶寬。帶寬的系列范圍從10 Mhz通過(guò)18Ghz。 氮化鎵就像之前的砷化鎵一樣，在國(guó)防系統(tǒng)中將是至關(guān)重要的，主要用于但不限于AESA雷達(dá)和電子戰(zhàn)以滿足下一代需求。有幾個(gè)非常大的項(xiàng)目在未來(lái)或多或少都依賴它。因此,氮化鎵MMIC在商業(yè)市場(chǎng)將激增并且國(guó)防承包商將開(kāi)始部署它們。GaN在商業(yè)應(yīng)用未來(lái)如無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施一樣絕對(duì)是前途一片光明，但進(jìn)一步的接受程度取決于其成本是否進(jìn)一步降低。 簡(jiǎn)而言之，氮化鎵現(xiàn)在才是剛剛發(fā)力，十年內(nèi)其前途輝煌。整個(gè)發(fā)展故事值得好好讀讀，隨著GaN所向披靡，那么砷化鎵和LDMOS終將會(huì)成為歷史。 作者簡(jiǎn)介 Barry Manz 是Manz Communications（曼茲通信公司）的總裁，他曾與100多家公司在射頻、微波、國(guó)防、測(cè)試和測(cè)量、半導(dǎo)體、嵌入式系統(tǒng)、光及其它市場(chǎng)進(jìn)行過(guò)合作。他是電子防御期刊、軍用微波文摘的編輯，是微波和射頻雜志的主編。 (mbbeetchina)