GaN在射频功率领域会所向披靡吗？

的功率密度和其他优势。

下图显示了Ka波段砷化镓和碳化硅衬底氮化镓MMIC射频功率放大器（如图2所示）的构成。两者都由TriQuint制造。每个放大器在30GHz提供6W射频功率，不过，氮化镓所需的有源器件更少，所以MMIC只需要一个简单的四路功率合成器。砷化镓MMIC放大器需要更多的器件而且电路更复杂，因为它必须包含32路功率合成器，它影响了MMIC的最终尺寸。砷化镓MMIC大约是铅笔橡皮擦顶部面积那么大小，而GaN 放大器则大约是生米粒大小。

图2：砷化镓MMIC大约是铅笔橡皮擦顶部面积那么大小，而GaN 放大器大约是生米粒大小。

显然笼统来看这两个器件都不大，但当考虑应用的时候例如相控阵雷达时氮化镓的优势就很明显了。AESA雷达可能有70000个部件，每一个由基于MMIC的发射/接收模块伺服，相对于砷化镓MMIC来说，氮化镓MMIC的尺寸可以更小，再结合氮化镓的高功率输出和更高的工作频率，氮化镓q器件在相控阵雷达中取代砷化镓是理所当然的了。

2.工作在4 GHz以上大功率、宽带系统：除了氮化镓没有其他技术可以提供这些系统所需要的性能。从非常小的用于卫星通信合成孔径终端(VSATs)到更高频段的微波链路，氮化镓将是其不二的选择。

3.一些低噪声放大器(lna)：尽管GaN和GaAs在噪声性能方面不分伯仲，但是GaN可以处理已经失真或失效的更大幅度信号。氮化镓在这些低噪声放大器领域不会很快取代砷化镓、硅锗(锗硅)或任何其他技术。然而在处理高电平信号时，GaN有其独特的优势。

4.高功率射频开关和其他控制组件：GaN的高击穿电压和电流处理能力使其比基于砷化镓MMIC更适合做开关。它们也可以工作在高效宽带领域，它们有相同的低插入损耗和高隔离的PIN二极管开关，可以处理更高功率且电流消耗低，TriQuint的TGS2354 碳化硅衬底氮化镓SPDT反射开关裸片（图3）覆盖了500MHz到6GHz频段，可处理40 W射频功率，开关速度不到50 ns，亏损仅为0.8 dB或更少并且隔离度大于25dB。

图3：TriQuint的TGS2354 GaN-on-SiC开关die适合适合大功率应用的要求。

前途一片光明

假如将GaN在RF领域的发展分成几个章节；在第一章完成初始开发之后，现在我们刚刚完成了第二章。到目前为止，已经建立了一个商业市场，已经确定了设备可靠性和制造能力，晶圆尺寸已经达到6英寸，许多公司已经展示了材料的潜力，这一切都在2000年前后实现，自从1980年代开始发展砷化镓MMIC以来，这是取得的最瞩目的成就。

在接下来的章节中，GaN将开始获取更多发展潜力。热管理技术，其技术进步的主要因素是解决使用金刚石作为衬底和热辊材料（在铝-金刚石模型复合材料中），散热片的进步通过使用高导热系数的材料和其他技术。这些其他方法可让功率密度增加。而今天晶体管门功率密度实际是低于10 W / mm(砷化镓不超过1.5 W /毫米)，现在一个非常简单的器件就可以有高达

图4：Cree的碳化硅HEMT可提供比硅和砷化镓晶体管更大的功率密度和更宽的带宽。带宽的系列范围从10 Mhz通过18Ghz。

氮化镓就像之前的砷化镓一样，在国防系统中将是至关重要的，主要用于但不限于AESA雷达和电子战以满足下一代需求。有几个非常大的项目在未来或多或少都依赖它。因此，氮化镓MMIC在商业市场将激增并且国防承包商将开始部署它们。GaN在商业应用未来如无线基础设施一样绝对是前途一片光明，但进一步的接受程度取决于其成本是否进一步降低。

简而言之，氮化镓现在才是刚刚发力，十年内其前途辉煌。整个发展故事值得好好读读，随着GaN所向披靡，那么砷化镓和LDMOS终将会成为历史。

作者：Barry Manz， Mouser Electronics

作者简介

Barry Manz 是Manz Communications（曼兹通信公司）的总裁，他曾与100多家公司在射频、微波、国防、测试和测量、半导体、嵌入式系统、光及其它市场进行过合作。他是电子防御期刊、军用微波文摘的编辑，是微波和射频杂志的主编。

出处：贸泽电子公共号
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