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適用于5G的半導體材料硅基氮化鎵(GaN)


作者:劉明春    時間:2017/5/26 15:12:06  來源:   
        5G 提出要覆蓋毫米波頻段,將可用通信頻率提升至 6GHz-300GHz 區間。這些技術場景對射頻器件的性能,比如功率、線性度、 工作頻率、效率、可靠性等提出了極高的要求。有數據顯示,功率放大器(PA)功率附加效率(PAE) 最低要求 60%,而最好的硅基 CMOS 產品僅能做到 57%。由于擊穿電壓低、襯底絕緣性差、高頻損耗大等先天缺陷,實際上在線性度、功率、效率、可靠性等多個方面都無法滿足要求。

         在基站端,由于對高功率的需求,氮化鎵(GaN)因其在耐高溫、優異的高頻性能以及低導通損耗、高電流密度的物理特性,是目前最有希望的下一代通信基站功率放大器(PA)芯片材料。5G采用高頻頻譜雖然能提供更高的數據傳輸速率,但這一頻段的電磁波傳輸距離很短,且容易被障礙物阻擋。這意味著,移動運營商可能需要建設數百萬個小型基站,將其部署至每根電線桿、每棟大樓,每戶房屋,甚至每個房間,也就意味著基于GaN的功率放大器(PA)芯片需求將出現飛躍增長。

         從2G、3G到4G時代,智能手機支持的制式越來越多,射頻前端走向集成化已成為必然。因為智能手機對 2G、3G 和 4G 模式的支持,需要的射頻器件越來越多,即便集成化仍然很難控制智能手機的成本。這跟功能機時代不同,我們可以將成本做到很低,在全球市場都能夠保證低價。但如果到了5G時代,需要的器件越來越多,價格越來越高。
 

        半導體材料硅基氮化鎵(GaN)

        那么,問題來了,怎么解決高昂的價格?首先,先了解下什么是硅基氮化鎵,與硅器件相比,由于氮化鎵的晶體具備更強的化學鍵,因此它可以承受比硅器件高出很多倍的電場而不會崩潰。這意味我們可以把晶體管的各個電端子之間的距離縮短十倍。這樣可以實現更低的電阻損耗,以及電子具備更短的轉換時間??偟膩碚f,氮化鎵器件具備更快速的開關、更低的功率損耗及更低的成本優勢。由于氮化鎵技術在低功耗、小尺寸等方面具有獨特的優勢,近年來在功率器件市場大受歡迎。然而,其居高不下的成本使得氮化鎵技術的應用受到很多限制。 

        但是隨著硅基氮化鎵技術的深入研究,我們逐漸發現了一條完全不同的道路,甚至可以說是顛覆性的半導體技術。這就是硅基氮化鎵技術。

        在2017年的電子設計創新大會上,MACOM上海無線產品中心設計經理劉鑫表示,硅襯底有一些優勢,材料便宜,散熱系數好。且Macom 在高性能射頻領域負有盛名。MACOM公司氮化鎵產品已經是第四代,且極具價格優勢和廣闊的應用前景。

 



        據悉,MACOM是一家高性能模擬射頻、微波和光學半導體產品領域的領先供應商,在射頻、微波、光電領域均享有很高知名度。同時也是世界領先通信基礎設施的首選合作伙伴,借助頂尖團隊和豐富的模擬射頻、微波、毫米波和光子半導體產品,可幫助這些公司解決網絡容量、信號覆蓋、能源效率和現場可靠性等領域內的復雜挑戰。MACOM公司的具體產品主要有:射頻功率產品、光電子、光子解決方案、光學部件、放大器、二極管、交叉點和信號調理器、SDI產品、頻率轉換、控制產品、無源器件、HDcctv設備、頻率生成、通信處理器??梢詰迷跓o線網絡和通信、光網絡、射頻能量、工業、科學和醫療、有線寬帶、廣播視頻、企業解決方案等多個領域。 

關鍵詞:硅基氮化鎵(GaN)
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