SiC上沉積的GaN最新技術(shù)

　　為什么GaN可以在市場中取得主導(dǎo)地位?簡單來說，相比LDMOS硅技術(shù)而言，GaN這一材料技術(shù)，大大提升了效率和功率密度。約翰遜優(yōu)值，表征高頻器件的材料適合性優(yōu)值， 硅技術(shù)的約翰遜優(yōu)值僅為1， GaN最高，為324。而GaAs，約翰遜優(yōu)值為1.44?？隙ǖ卣f，GaN是高頻器件材料技術(shù)上的突破。

　　為了充分發(fā)揮GaN技術(shù)的優(yōu)勢，我們在SiC襯底上沉積GaN， 應(yīng)用低熱阻材料進(jìn)行封裝。借助SiC的低熱阻特性，通過把GaN熱阻降到最低，能充分發(fā)揮GaN耐高溫的特點—這是射頻功率器件的重要參數(shù)。

　　我們即將發(fā)布的是高電子遷移率晶體管，能充分發(fā)揮GaN固有特性的功率管：高電子漂移速度。這些功率管是耗盡型器件，即器件總是在開啟狀態(tài)，不需要加?xùn)艍浩?。?fù)的柵壓偏置會把功率器件關(guān)斷。這一負(fù)壓偏置并不容易設(shè)計，但我們不僅提供器件，還提供解決方案，我們已有參考偏置電路，可以在器件的設(shè)計過程提供給客戶。

　　兩種材料的混合

　　從合成半導(dǎo)體角度, 意識到現(xiàn)在我們所討論的是兩種材料(SiC和GaN)的混合非常重要。SiC用作襯底，充分發(fā)揮了這一材質(zhì)優(yōu)良的溫度傳導(dǎo)性。GaN用作結(jié)，提高了效率和功率密度，另一方面也把頻率提高到了LDMOS不能達(dá)到的范圍。

　　在射頻功率器件中，雖然是水平溝道，但電流會從襯底流向源極。因此，需要降低LDMOS器件襯底的阻抗。多數(shù)供應(yīng)商用硅襯底制作8英寸(200mm)的晶圓。相反，很少供應(yīng)商應(yīng)用SiC材質(zhì)，使用的供應(yīng)商也正在由3英寸向4英寸的轉(zhuǎn)化過程中。因此，現(xiàn)階段SiC成本較高。但是這一成本提高，在性能優(yōu)勢上增加的優(yōu)勢更大：溫度傳導(dǎo)性5倍提高，電氣失效方面9倍以上的提高?

　　在GaN外延層上構(gòu)建結(jié)區(qū)，是GaN這一異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件的特點，帶來了電子漂移速度和擊穿場強(qiáng)方面的優(yōu)勢。最大電子漂移速度(表征電子移動性的另一參數(shù))為硅材質(zhì)的三倍, 結(jié)果是更的低Rds(on)和更小的柵長，因此也能工作在更高的功率密度下。

　　GaN更好的電子移動性和擊穿場強(qiáng),給需要低阻抗、高電壓的應(yīng)用市場開辟了新道路。在功率器件領(lǐng)域，我們將看到，比使用硅技術(shù)的LDMOS擊穿場強(qiáng)高兩倍，Vds偏置電壓更高的GaN技術(shù)將得到應(yīng)用。GaN的另外一個優(yōu)勢是能承受更高的溫度。我們GaN 器件額定的最高工作溫度是250 ℃， 而LDOMS為225℃。

　　GaN作為射頻器件材料的優(yōu)勢是突出的，毋庸置疑的。需要證明這一點，請參考表1中，LDMOS和GaN 兩種材料的效率、功率密度對比。

　　從生產(chǎn)角度上來講，僅做了非常少的流程改動，在CMOS工廠環(huán)境下就集成了LDMOS硅技術(shù)。這對于每年消耗數(shù)千個晶圓和數(shù)以百萬計器件的市場來說，非常必要，而且也通過大規(guī)模經(jīng)營達(dá)到了經(jīng)濟(jì)節(jié)約。如今，GaN只能在特定的工廠里進(jìn)行流片生產(chǎn)，掩模數(shù)量也有限，要達(dá)到大規(guī)模經(jīng)營經(jīng)濟(jì)還需要幾年時間。

　　我們專注于給市場帶來種類更齊全的產(chǎn)品。這也給客戶提供了測試GaN是否適合各種應(yīng)用的機(jī)會。但我們并不止步于GaN測試，今年我們將全面發(fā)布這一技術(shù)，提供系列產(chǎn)品和應(yīng)用支持，幫助客戶將GaN用于大規(guī)模生產(chǎn)中。

　　CLF1G0530-50是恩智浦發(fā)布的第一個GaN產(chǎn)品。型號中，C代表使用的是GaN技術(shù)，F(xiàn)代表陶瓷封裝，1G代表第一代GaN技術(shù)，0530代表工作頻率從500~3000MHz，50代表50瓦P1dB功率的器件。這一命名方式也將沿用于我們以后發(fā)布的系列產(chǎn)品中。緊隨其后，我們將發(fā)布100瓦和150瓦無內(nèi)匹配的500~3000MHz寬頻帶產(chǎn)品，也將逐步完善并發(fā)布一些特定頻率的型號。

　　通信基站是射頻功率器件最大的市場應(yīng)用，典型工作頻率從各種低于1,000MHz的GSM應(yīng)用，到2,700MHz的WCDMA、LTE應(yīng)用，還包括直到3,800MHz的Wimax應(yīng)用。近期，射頻功率放大器已經(jīng)從傳統(tǒng)的AB類轉(zhuǎn)換到了性能顯著的Doherty結(jié)構(gòu)。Doherty為混合功放，包括主功放和輔助功放兩個功能部分，犧牲部分線性去取得了效率的提高，但是通過與數(shù)字型號處理技術(shù)的結(jié)合--數(shù)字預(yù)矯正技術(shù)的結(jié)合，基站設(shè)計可以同時取得高效率與高線性。

　　在2011年6月巴爾的摩的IMS/MTTS展會上，我們展示了2.7GHz的GaN Doherty演示板，應(yīng)用三個無內(nèi)匹配的寬頻帶GaN器件，取到了比LDOMS更優(yōu)的功率密度和效率，也得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。針對基站應(yīng)用，下一步是增加匹配設(shè)計，預(yù)計2012年上半年將可以商用。

　　在這里非常有必要提到SiGe，另一廣泛關(guān)注的半導(dǎo)體技術(shù)。SiGe有區(qū)別于GaN的獨特優(yōu)勢。然而， GaN的優(yōu)勢表現(xiàn)在它是最適合制作射頻功率器件的材料，而SiGe的優(yōu)勢表現(xiàn)在如果應(yīng)用于射頻混合信號方案，它相比GaAs而言成本優(yōu)勢更加明顯。