作者 Barry Manz, Mouser Electronics GaN贏在哪里 下面列出GaN的幾個突出優點： 1.有源相控陣(AESA)雷達和電子戰(EW)系統：這些是碳化硅襯底氮化鎵（或者是金剛石襯底）晶體管或者單片微波集成電路（MMIC）的關鍵應用，而且多年來已經成為這個領域的事實標準，因為當前或再過幾年都沒有其他技術可以可供碳化硅襯底氮化鎵的功率密度和其他優勢。 下圖顯示了Ka波段砷化鎵和碳化硅襯底氮化鎵MMIC射頻功率放大器（如圖2所示）的構成。兩者都由TriQuint制造。每個放大器在30GHz提供6W射頻功率，不過，氮化鎵所需的有源器件更少，所以MMIC只需要一個簡單的四路功率合成器。砷化鎵MMIC放大器需要更多的器件而且電路更復雜，因為它必須包含32路功率合成器，它影響了MMIC的最終尺寸。砷化鎵 MMIC大約是鉛筆橡皮擦頂部面積那么大小，而GaN 放大器則大約是生米粒大小。 圖2：砷化鎵 MMIC大約是鉛筆橡皮擦頂部面積那么大小，而GaN 放大器大約是生米粒大小。 顯然籠統來看這兩個器件都不大，但當考慮應用的時候例如相控陣雷達時氮化鎵的優勢就很明顯了。AESA雷達可能有70000個部件，每一個由基于MMIC的發射/接收模塊伺服，相對于砷化鎵MMIC來說，氮化鎵MMIC的尺寸可以更小，再結合氮化鎵的高功率輸出和更高的工作頻率，氮化鎵q器件在相控陣雷達中取代砷化鎵是理所當然的了。 2.工作在4 GHz以上大功率、寬帶系統：除了氮化鎵沒有其他技術可以提供這些系統所需要的性能。從非常小的用于衛星通信合成孔徑終端(VSATs)到更高頻段的微波鏈路，氮化鎵將是其不二的選擇。 3.一些低噪聲放大器(lna)：盡管GaN和GaAs在噪聲性能方面不分伯仲，但是GaN可以處理已經失真或失效的更大幅度信號。氮化鎵在這些低噪聲放大器領域不會很快取代砷化鎵、硅鍺(鍺硅)或任何其他技術。然而在處理高電平信號時，GaN有其獨特的優勢。 4.高功率射頻開關和其他控制組件：GaN的高擊穿電壓和電流處理能力使其比基于砷化鎵MMIC更適合做開關。它們也可以工作在高效寬帶領域，它們有相同的低插入損耗和高隔離的PIN二極管開關，可以處理更高功率且電流消耗低，TriQuint的TGS2354 碳化硅襯底氮化鎵 SPDT反射開關裸片（圖3）覆蓋了500MHz到6GHz頻段，可處理40 W射頻功率，開關速度不到50 ns，虧損僅為0.8 dB或更少并且隔離度大于25dB。 圖3：TriQuint的TGS2354 GaN-on-SiC開關die適合適合大功率應用的要求。 前途一片光明 假如將GaN在RF領域的發展分成幾個章節；在第一章完成初始開發之后，現在我們剛剛完成了第二章。到目前為止,已經建立了一個商業市場,已經確定了設備可靠性和制造能力，晶圓尺寸已經達到6英寸，許多公司已經展示了材料的潛力，這一切都在2000年前后實現，自從1980年代開始發展砷化鎵MMIC以來，這是取得的最矚目的成就。 在接下來的章節中，GaN將開始獲取更多發展潛力。熱管理技術，其技術進步的主要因素是解決使用金剛石作為襯底和熱輥材料（在鋁-金剛石模型復合材料中），散熱片的進步通過使用高導熱系數的材料和其他技術。這些其他方法可讓功率密度增加。而今天晶體管門功率密度實際是低于10 W / mm(砷化鎵不超過1.5 W /毫米)，現在一個非常簡單的器件就可以有高達 圖4：Cree的碳化硅HEMT可提供比硅和砷化鎵晶體管更大的功率密度和更寬的帶寬。帶寬的系列范圍從10 Mhz通過18Ghz。 氮化鎵就像之前的砷化鎵一樣，在國防系統中將是至關重要的，主要用于但不限于AESA雷達和電子戰以滿足下一代需求。有幾個非常大的項目在未來或多或少都依賴它。因此,氮化鎵MMIC在商業市場將激增并且國防承包商將開始部署它們。GaN在商業應用未來如無線基礎設施一樣絕對是前途一片光明，但進一步的接受程度取決于其成本是否進一步降低。 簡而言之，氮化鎵現在才是剛剛發力，十年內其前途輝煌。整個發展故事值得好好讀讀，隨著GaN所向披靡，那么砷化鎵和LDMOS終將會成為歷史。 作者簡介 Barry Manz 是Manz Communications（曼茲通信公司）的總裁，他曾與100多家公司在射頻、微波、國防、測試和測量、半導體、嵌入式系統、光及其它市場進行過合作。他是電子防御期刊、軍用微波文摘的編輯，是微波和射頻雜志的主編。 (mbbeetchina)