氮化鎵 (GaN) 是一種寬帶隙材料，在高功率射頻 (RF) 應用中具有顯著優勢。與傳統半導體（如硅）相比，氮化鎵具有一些非常重要的物理和電學特性，包括：

• 高擊穿電壓；
• 高功率密度；
• 高工作和開關頻率；
• 高效率;
• 優良的導熱性。

與傳統技術相比，氮化鎵已被證明是射頻領域多種應用的優質材料，其中可靠性、效率和減少吸收是基本要求。在制造過程中，氮化鎵通常在高于 1000 °C 的溫度下生長在由碳化硅 (SiC) 組成的襯底上（在射頻應用的情況下），或在功率應用的情況下由普通硅組成的襯底上。迄今為止，基于 GaN-on-SiC 的技術使用最多，因為它結合了氮化鎵的高功率密度和碳化硅的低功率損耗，還因為它解決了與熱管理和寄生損耗相關的問題。GaN-on-Si 技術盡管成本較低，但熱性能較差，RF 信號功率損失較大。

GaN的射頻應用

盡管氮化鎵通常與功率放大器 (PA) 等經典射頻應用相關聯，但這種創新材料還有許多其他重要應用。這些設備實現的功率和效率水平不斷提高，使其具有吸引力，特別是在太空和軍事領域的應用中（尤其是軍用級雷達）。堅固性、出色的熱性能、更小的重量和尺寸，使這種材料成為其他類型競爭技術的更好選擇，即使在低頻射頻應用中也是如此。在軍用雷達中，當在不同千兆赫的頻段上運行時，氮化鎵已被證明是制造固態發射器的理想解決方案，可替代基于速調管的傳統技術。最新一代軍用雷達，與電子掃描陣列 (AESA) 和相控陣模塊一起工作，將極大地受益于基于 GaN-on-SiC 的單片微波集成電路 (MMIC) 的可用性。然而，GaN 技術的應用并不局限于航天領域和軍用雷達。在電信領域，尤其是移動電話領域，這種材料用于創建各種創新解決方案，例如支持 5G 技術的解決方案。在射頻放大器和相控天線陣列等特定應用中，基于氮化鎵的組件正在逐步取代傳統的基于硅的組件。GaN 的卓越特性證明是有效管理 6 GHz 以下頻段和 20 GHz 以上頻段（毫米波或 mmWave）的理想選擇。

氮化鎵射頻器件

Wolfspeed擁有廣泛的基于 GaN 的功率器件組合，例如CMPA2735075F, 75-W、2.7 – 3.5-GHz、GaN MMIC 功率放大器。該器件如圖 1 所示，是一種基于氮化鎵 (GaN) HEMT 的單片微波集成電路 (MMIC)。由于 GaN 與硅或砷化鎵相比具有更高的擊穿電壓、更高的飽和電子漂移速度和更高的熱導率，因此該器件特別適用于 S 波段（2.0 - 4.0 GHz）民用和軍用脈沖雷達放大器. 與 Si 和 GaAs 晶體管相比，GaN HEMT 還提供更高的功率密度和更寬的帶寬。該 MMIC 包含兩級無功匹配放大器設計方法，可實現非常寬的帶寬。該 MMIC 可在小尺寸、旋入式封裝中實現極寬的帶寬。

MACOM是用于電信、數據中心、工業和國防應用的半導體器件的領先設計商和制造商，擁有廣泛的射頻功率產品選擇。一個例子是MAGx-011086，碳化硅上的 GaN 通用 HEMT 放大器，針對 DC – 6 GHz 操作進行了優化，采用用戶友好的封裝，非常適合高帶寬應用。該器件設計用于飽和線性運行，輸出功率為 4 W (36 dBm)，采用行業標準、低電感、表面貼裝 QFN 封裝。封裝的焊盤形成共面發射，自然吸收鉛寄生效應，并具有適用于空間受限應用的小型 PCB 輪廓。MAGx 晶體管采用最先進的晶圓制造工藝，可在寬帶寬上提供高增益、高效率、高帶寬和耐用性，以滿足當今苛刻的應用需求，例如脈沖航空電子設備和雷達應用。

Qorvo是一家專門從事射頻系統的半導體公司，在提供跨多個頻率和功率級別的功率放大器 (PA) 解決方案方面有著良好的記錄。如圖 2 所示，TGA2312-FL是一款高功率放大器，工作頻率范圍為 9 至 10 GHz，通常提供 48 dBm 的飽和輸出功率、38% 的功率附加效率和 13 dB 的小信號增益。TGA2312-FL 非常適合海洋和氣象雷達，采用基于 CuW 的法蘭封裝，可實現出色的熱管理。TGA2312-FL 采用 Qorvo 的 0.25um GaN on SiC 技術，可提供卓越的性能，同時保持高可靠性。此外，碳化硅襯底的使用提供了可靠的大功率運行所需的最佳熱性能。