【無(wú)線射頻芯片】-GaN在射頻應(yīng)用中脫穎而出的三大原因

1/1GaN在射頻應(yīng)用中脫穎而出的三大原因鎵(Ga)是一種化學(xué)元素，原子序數(shù)為31。鎵在自然界中不存在游離態(tài)，而是鋅和鋁生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品。

GaN化合物由鎵原子和氮原子排列構(gòu)成，最常見的是纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)。纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)（如下圖所示）呈六方形，通過兩個(gè)晶格常數(shù)（圖中標(biāo)記為a和c）來(lái)表征。

GaN晶體結(jié)構(gòu)

在半導(dǎo)體領(lǐng)域，GaN通常是高溫下（約為1,100C）在異質(zhì)基板（射頻應(yīng)用中為碳化硅[SiC]，電源電子應(yīng)用中為硅[Si]）上通過金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(MOCVD)或分子束外延(MBE)技術(shù)而制成。

GaN-on-SiC方法結(jié)合了GaN的高功率密度功能與SiC精彩的導(dǎo)熱性和低射頻損耗。這就是GaN-on-SiC成為高功率密度射頻應(yīng)用合并選擇的緣由所在。如今，GaN-on-SiC基板的直徑可達(dá)6英寸。

GaN-on-Si合并的熱學(xué)性能則低得多，并且具有較高的射頻損耗，但成本也低許多。這就是GaN-on-Si成為價(jià)格敏感型電源電子應(yīng)用合并選擇的緣由所在。如今，GaN-on-Si基板的直徑可達(dá)12英寸。

那么，為何GaN在射頻應(yīng)用中優(yōu)于其他半導(dǎo)體呢？

相比Si和GaAs等其他半導(dǎo)體，GaN是一種相對(duì)較新的技術(shù)，但它已然成為某些高射頻、大功耗應(yīng)用的技術(shù)之選，比如需要長(zhǎng)距離或以高端功率水平傳輸信號(hào)的應(yīng)用（如雷達(dá)、基站收發(fā)器[BTS]、衛(wèi)星通信、電子戰(zhàn)[EW]等）。

GaN-on-SiC在射頻應(yīng)用中脫穎而出，緣由如下：

高擊穿電場(chǎng)：由于GaN的帶隙較大，GaN具有較高的擊穿電場(chǎng)，這使得GaN設(shè)備的工作電壓可遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他半導(dǎo)體設(shè)備。當(dāng)受到足夠高的電場(chǎng)作用時(shí),半導(dǎo)體中的電子能夠獲得足夠動(dòng)能來(lái)打破化學(xué)鍵（這一過程被稱為碰撞電離或電壓擊穿）。假如碰撞電離未得到掌握，則可能會(huì)降低器件性能。由于GaN器件可以在較高電壓下工作，因此可用于較高功率的應(yīng)用。

高飽和速度：GaN上的電子具有很高的飽和速度（在極高電場(chǎng)下的電子速度）。當(dāng)結(jié)合大電荷力量時(shí)，這意味著GaN器件能夠供應(yīng)高得多的電流密度。

射頻功率輸出是電壓與電流擺幅的乘積，所以，電壓越高，電流密度越大，則實(shí)際尺寸的晶體管中產(chǎn)生的射頻功率就越大。簡(jiǎn)言之，GaN器件產(chǎn)生的功率密度要高得多。

精彩的熱屬性：GaN-on-SiC器件表現(xiàn)出不同一般的熱屬性，這主要由于SiC的高導(dǎo)熱性。詳細(xì)而言，這意味著在消耗功率相同的狀