GaN的这些槽点你怎么看?Qorvo是这样看滴
事物有利弊两面,GaN也不例外。在应用GaN器件时会碰到哪些难题?请看本期小编为大家带来"利用GaN扩展5G基础设施网络"线上研讨会的第二部分内容——应用GaN的技术挑战。(研讨会第一部分请戳这里:解决5G挑战,GaN兵来将挡!)
虽然上期我们提到GaN优点多多,不过实际应用起来,依然有一些技术难点需要攻克。
成本
随着生产工艺转向较大晶圆,每瓦特的 GaN 成本将下降。目前Qorvo的GaN产线已逐步从4英寸晶圆升级到6英寸晶圆,并且我们会继续努力提高GaN利用率以降低成本。随着 GaN 利用率的提升,每瓦特的 GaN成本将下降。
压电效应
压电效应是GaN本身的物理性质,它导致的一个问题是,在最接近漏极(见上图)的栅极结构中,边沿上的电场会增强,长时间会导致器件磨损。不过通过正确设计器件物理结构,可以消除 GaN 器件的这个性能下降问题。
在照搬传统设计的时候需要改进细节
GaN 是一种耗尽型器件。即是说,在施加 48V的漏极电压之前,栅极电压必须为负值,以夹止通道。一直以来,在增强模式器件中,将先在栅极电压为 0V时施加漏极电压,然后提高栅极电压,直到器件设为所需静态工作电压为止。如果在使用 GaN器件时也按此步骤执行,则因通道电阻较低,很快就会有足够的通道电流快速熔开焊线,或对 GaN 器件造成灾难性损毁。因此,必须采取额外措施,确保采用 GaN器件的设计能在施加漏极电压之前夹止通道。
栅极隔离问题
GaN面临的另一个挑战是栅极隔离问题。在标准 FET 技术下,这不是一个常见的问题;在 GaN 器件中,其原因是半导体材料发生了位错,这是 GaN特有的现象,也是器件的物理学问题。这意味着在正常工作条件下,栅极实际上会吸收电流。一般而言,对于 Qorvo 的GaN 器件,我们的实测值处于 uA/mm 范围内,而基于硅和 GaAs 的器件,电流则在每毫米皮安/纳安范围内,可忽略不计。
俘获效应/电流崩塌效应
GaN 利用方面的一个主要挑战是俘获效应/电流崩塌效应,简单而言,这种效应会在器件工作期间导致阈值电压变化。在利用 GaN 时,尤其是在 TDD调制方案下,并且栅极偏置带脉冲时,这个问题会产生一定的影响。这种俘获效应还要求采用 DPD 架构的调整/修正型算法,以优化 GaN 的线性性能。
目前,Qorvo提供和正在研究的器件能用在Doherty 放大器中,平均输出功率为30W 至100W,工作频段为1.8 至3.8GHz,以QorvoGaN25HV 工艺制成。为帮助降低成本和增加产量,我们正在把GaN 制造工艺过渡到 6 英寸晶圆,这项工作将在 2016 年底完成。
GaN工作电压与最大工作频率曲线图
另外Qorvo也在开发更小的高度集成化的 Doherty 模块,其平均输出功率为 2.5W至 10W,工作频率为 2.5GHz 至 6GHz,面向的是 MIMO 基础设施系统。我们未来的产品还覆盖了毫米波频段,其平均输出功率为 1W 至 2W,以配合5G的通信基础设施扩展。
综上,无论新一代无线基础设施产品未来如何走向,Qorvo都独具优势,我们自有的GaN 解决方案必将推动新一代网络的成功部署。
下次小编将为大家讲解研讨会涉及到的Qorvo那些性能超强的新产品,假如您对此有兴趣,请持续关注本公众号的后几期推送。
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