GaN在射頻功率領(lǐng)域會(huì)所向披靡嗎？

　氮 化鎵（GaN）這種寬帶隙材料將引領(lǐng)射頻功率器件新發(fā)展并將砷化鎵（GaAs）和LDMOS（橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體）器件變成昨日黃花？看到一些媒體 文章、研究論文、分析報(bào)告和企業(yè)宣傳文檔后你當(dāng)然會(huì)這樣認(rèn)為，畢竟，GaN比一般材料有高10倍的功率密度，而且有更高的工作電壓（減少了阻抗變換損 耗），更高的效率并且能夠在高頻高帶寬下大功率射頻輸出，這就是GaN，無論是在硅基、碳化硅襯底甚至是金剛石襯底的每個(gè)應(yīng)用都表現(xiàn)出色！帥呆了！
　　至少現(xiàn)在看是這樣，讓我們回顧下不同襯底風(fēng)格的GaN：硅基、碳化硅（SiC）襯底或者金剛石襯底。
　　硅基氮化嫁：這種方法比另外兩種良率都低，不過它的優(yōu)勢(shì)是可以使用全球低成本、大尺寸CMOS硅晶圓和大量射頻硅代工廠。因此，它很快就會(huì)以價(jià)格為競爭優(yōu)勢(shì)對(duì)抗現(xiàn)有硅和砷化鎵技術(shù)，理所當(dāng)然會(huì)威脅它們根深蒂固的市場(chǎng)。
　　
　　碳化硅襯底氮化鎵：這是射頻氮化鎵的“高端”版本，SiC襯底氮化鎵可以提供最高功率級(jí)別的氮化鎵產(chǎn)品，可提供其他出色特性，可確保其在最苛刻的環(huán)境下使用。
　　金剛石襯底氮化鎵：將這兩種東西結(jié)合在一起是很難的，但是好處也是巨大的：在世界上所有材料中工業(yè)金剛石的熱導(dǎo)率最高（因此最好能夠用來散熱）。使用金剛石代替硅、碳化硅、或者其他基底材料可以把金剛石高導(dǎo)熱率優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來，可以實(shí)現(xiàn)非常接近芯片的有效導(dǎo)熱面。
　　金 剛石襯底GaN主要是應(yīng)用于美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃署（DARPA）的近結(jié)熱傳輸項(xiàng)目（NJTT），始于2011年，在這個(gè)項(xiàng)目中TriQuint和布里 斯托大學(xué)第四研究室是合作伙伴，而且洛克希德·馬丁公司也是參與者。該團(tuán)隊(duì)在2013年宣布他們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)三次提高了GaN-on-SiC的功率密 度。這意味著可以把金剛石襯底氮化鎵芯片縮小三倍或把其射頻功率提升3倍，該項(xiàng)目完成了設(shè)計(jì)測(cè)試評(píng)估，很可能金剛石襯底GaN將在5年內(nèi)滿足其制造性要求。
　　這里談下TriQuint公司，該公司的氮化鎵技術(shù)研發(fā)專長和在廣泛的高功率、高頻率工藝流程方面的領(lǐng)先地位為其贏得了美國國防部先進(jìn) 研究項(xiàng)目局（DARPA） 的許多合同，包括最近與該局的Near Junction Thermal Transport （NJTT）、Microscale Power Conversion （MPC） 以及“NEXT”計(jì)劃有關(guān)的項(xiàng)目。另外，TriQuint還為Defense Production Act Title III氮化鎵計(jì)劃提供持續(xù)制造技術(shù)改進(jìn)支持。還有其他一些先進(jìn)的TriQuint氮化鎵研發(fā)項(xiàng)目受到Tri-Services實(shí)驗(yàn)室（包括美國空軍、陸軍 及海軍）的資助。TriQuint研發(fā)人員是新型超快高功率直流-直流開關(guān)、集成式高效率放大器和復(fù)雜、高動(dòng)態(tài)范圍混合信號(hào)器件研發(fā)領(lǐng)域的開路先鋒。
　　氮化鎵、砷化鎵和LDMOS將共存嗎？
　　在這些領(lǐng)域，砷化鎵和LDMOS技術(shù)將在可預(yù)見的未來繼續(xù)發(fā)揮作用：
　　無線基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)和一些雷達(dá)應(yīng)用項(xiàng)目：LDMOS 是一個(gè)完全成熟的技術(shù)，由于它可以提供單器件高射頻功率（大于1kW）因此在這些市場(chǎng)的基礎(chǔ)牢固。LDMOS可以無損的承受阻抗不匹配，并且采用先進(jìn)的低 熱阻塑料封裝，同時(shí)可以保持低成本。其局限性是最高可用頻率低于4 GHz且只在一個(gè)窄帶能有最佳性能表現(xiàn)。LDMOS可用于有空間安置多級(jí)放大器（不是MMIC）且工作在窄帶頻率范圍的雷達(dá)上。
　　低功耗電池供電設(shè)備：智能手機(jī)、平板等幾乎所有產(chǎn)品都采用GaAs MMIC以及分立器件。砷化鎵很符合它們的接收和傳輸信號(hào)鏈，且得益于30年的發(fā)展積累，有眾多供應(yīng)商可以提供系列產(chǎn)品，且成本低，外形小。
　　小單元，分布式天線系統(tǒng)和一些微波鏈路：砷 化鎵MMIC在這些市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)是射頻功率低，TriQuint 半導(dǎo)體T2G4005528-FS（圖1）是GaN競爭的典型代表，這種碳化硅襯底的氮化鎵HEMT（高電子遷移率晶體管）工作在從直流到3.5 GHz的頻率范圍，并在3.3 GHz頻率上提供64W 3dB增益壓縮（P3dB）。
　　一些軍事雷達(dá)可工作在高頻（HF）到超高頻（UHF）頻率：LDMOS仍是這些系統(tǒng)最佳候選，雖然隨著硅基氮化鎵器件可以覆蓋更廣的帶寬，可用于提供有競爭力的CW RF射頻輸出、增益、效率以及線性度，隨著成本的下降它們將更有吸引力。
　　還有許多其他應(yīng)用項(xiàng)目，比如有線電視分配放大器，在這些應(yīng)用中，砷化鎵和LDMOS的優(yōu)勢(shì)無可替代。簡而言之，砷化鎵和LDMOS技術(shù)在這些領(lǐng)域不會(huì)消失。