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芯思想 | 全球射频GaN器件代工厂巡览

时间:01-03 来源:3721RD 点击:

到3个标准工艺:

0.5微米,高压(40到50V),主要主要处理频率低于约8GHz 的高功率器件;

0.25微米,中压(28到30V),主要瞄准高频率(高达18GHz)的器件;

有的制造厂提供第三个选项,即更小的栅极长度更小的栅长(大概0.15微米),主要瞄准毫米波器件(频率高达100GHz)。


表一:七家公司提供的RF射频制造工艺的完整列表。

最大功率密度范围为6至8W/mm,其中Wolfspeed公司提供的50V 0.4μm G50V3工艺可高达8W/mm。6W/mm或更大的其它高功率密度工艺可从BAE Systems、Fraunhofer,National Research Council、WIN和Wolfspeed获得。运行频率最高的工艺是Fraunhofer的GaN10,其0.1μm器件工作在94GHz,以及OMMIC的D006GH(开发中),其60 nm器件工作到100 GHz。

几家代工厂的效率超过60%,包括BAE、Fraunhofer、Wolfspeed、UMS和WIN。大多数工艺都包含砀板或作为一个选项提供。所有调查的铸造厂使用3或4英寸晶圆,有两家计划很快改为6英寸晶圆。

BAE Systems

BAE Systems在2000年收购了 Lockheed Martin Sanders公司的设施。它们基于碳化硅衬底的GaN工艺可获得最佳热性能,被用于要求高性能的军事应用(以及某些双用途的商业市场,当它 们的工艺和/或设计专长正好适合时)。 2005年,这个应用于军事应用的方法由 DARPA在宽能隙半导体-射频项目中首次确定为可用的初始版本的工艺。当前的晶片尺寸为4英寸。到2014年,它们发布了基于6英寸晶圆的MMIC功率放大器(PA)高产量工艺流程,使用其场板 (FP)GaN工艺2,目前正筹划到2017 年发布一个6英寸晶圆基的"无场板" (NFP)产品。

BAE公司的0.2µm场板工艺,最初开发时间为2005到2008年,现在成为了一个行业标准工艺,市场上已经有很多公司都能提供。它们更新的NFP工艺性能高且价格低廉。这包括高达50GHz时的高功率、高增益和高效率。采用2mil 厚的晶片,可以在每个源下放置小过孔 实现低电感接地。这与输出电容(Cds)减少了的元件相结合,使宽带放大器可 提高增益和功率附加效率(PAE)。NFP工艺的140V典型BVgd具有PA设计中 对瞬时高电压的高度耐受性,以及低噪声放大器(LNA)的高Pin生存能力。6 英寸的NFP GaN工艺成本将更低,并可利用BAE运行6英寸PHEMT工艺达10年以上的经验。

Fraunhofer IAF (Freiburg, Germany)

Fraunhofer的工艺效率和性能都高。该公司生产的产品用于研究、基站、电子战、点对点的无线电链路和雷达。对于4英寸晶片碳化硅基GaN, Fraunhofer拥有涵盖从DC到100GHz范 围的三种工艺:1)栅极长度0.5µm, 工作电压50V,频率范围高达6GHz; 2)0.25µm,28V,频率达20GHz;3) 0.1µm,15V,频率达94GHz。0.5µm工 艺的效率为65%,功率密度为6W/mm。 0.5µm和0.25µm工艺制作于4mil厚的晶 片上,带50µm的过孔,而0.1µm工艺 则在3mil厚晶片上,带30µm的过孔。 Fraunhofer提供多项目晶圆服务,每4个月一次,用比萨罩(pizza mask),支持几乎任意尺寸的小批量芯片。总的来说,它们通过三种栅极长度覆盖了很广的频率范围,并能提供高效率。

National Research Council of Canada (Ottawa, Canada)

令我们吃惊的是,加拿大政府通过国家研究理事会(NRC)提供一系列完整的GaN制造工艺,这是加拿大GaN电子器件的唯一来源。为了支持加拿大的工业和技术--但不限制工作于加拿大境内--凭借其显著的工艺技术,NRC 同时向学术和商业市场提供产品。它们拥有一个0.5µm和两个0.15µm的工艺,工作频率高达35GHz,包含可能是市场上唯一的增强模式工艺。0.15µm耗尽模式工艺的功率密度为7W/mm,0.5µm工艺则具有180V的高击穿电压。

OMMIC (Limeil-Brévannes, France)

OMMIC的硅基D01GH GaN工艺与碳化硅基GaN相比具有成本上的优势,该公司用其来提供制造服务和客户定制的设计。该工艺有0.1µm栅极长度,运行在3英寸晶圆,计划在2017发展到6英寸。这一工艺是为功率应用开发的,功率密度为3.3W/mm,这很适合于从15 到50GHz的LNA,在30GHz时噪声系数达到1dB。凭借其欧姆接触再生工艺, D01GH器件具有非常低的噪声,相当于最先进的GaAs工艺。原位钝化将栅极滞 后效应限制于不足10%,使得其在像雷达这样的开关模式应用中具有更好的性能。OMMIC的低偏置30V击穿器件,对于PA的偏置大约为12V VDD,带约5V供电的低噪声放大器(LNA)。这要低于市场上主要工作在28V的其他工艺。

OMMIC的D006GH是栅极长度60nm 的碳化硅基GaN

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