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从概念上讲，使用 GaN 构建的场效应晶体管 (FET) 与使用其他半导体材料（如 GaAs、磷化铟 (InP) 或 Si）构建的使用栅极触点或节点的晶体管类似。如果为 GaN 射频 (RF) 器件，其实现通常是耗尽型高电子迁移率晶体管 (HEMT)。
耗尽型 HEMT 对栅电极施加负偏压。这样就切断了漏极和源极之间的电流。当施加的栅电压为零时，耗尽型 FET 设计为处于开启状态 ；可通过将栅极拉大阈值电压以下将其关闭。
GaN 器件由纵向材料结构和横向结构组成，前者定义了许多固有属性，后者实现了与材料结构的接触并电荷流的控制（参见图 2-2）。与其他 FET 一样，横向结构包括源极、漏极和栅极触点。通常，附近还有其他结构提供磁场控制，如图 2-2 中所示的源场板。
静观其变
Qorvo 制作了一个非常有用的视频，解释如何正确地打开或关闭 GaN HEMT 晶体管。欲查看“如何偏置 GaN 晶体管 ：入门教程”，请访问 ： www.qorvo.com/design-hub/videos/how-to-bias-gantransistors-an-introduction-tutorial。
图 2-2 ：基本的 GaN FET 几何结构。
下面为图 2-2 所示内容 ：
» 屏障提供了两个关键功能 ：实现栅极和信道之间的隔离，以及支持电子流动的电荷容量。它通常由氮化镓铝 (AlGaN) 制成。
» 信道为纯 GaN。它可以为漏极触点和源极触点之间的电流提供传导路径。GaN 的高饱和速度和迁移率可实现器件漏极和源极之间的高速传输和电流电平。
» 缓冲用于限制信道内的电荷流，以避免泄漏到基板，并保证晶体管器件之间的隔离。
» 基板决定了器件的机械和散热性能。功耗较高的器件可受益于具有较高热导率的基板。SiC 基板材料使用便捷，可提供出色的散热性能，同时兼容 GaN 材料生长和 MMIC 制备。
以下是横向结构的重要功能 ：
» 器件的栅极控制从漏极到源极触点且流经器件的电流。栅极的 长度决定了器件的速度和电子流经控制区域的时间。
» 源极和漏极触点提供本征器件的低阻接入。栅极与这些触点之 间的隔离不仅会产生不必要的寄生接入电阻，而且还会增加支 持预期操作所需的击穿电压。
GaN 工艺选项解密
通过在晶体管速度、电流能力、击穿电压、效率和可靠性之间进行权衡， 可针对目标应用对 FET 进行优化。为满足不同 GaN 应用的需求，制造商 提供了频率和功率水平范围广泛的多种工艺技术。有了多个 GaN 工艺可供 选择，电路设计人员可以将特定的 GaN 工艺技术与应用进行最优匹配，从 而简化并加快设计。图 2-3 展示了 Qorvo 的系列 GaN 工艺技术，这些技 术旨在适应多个市场领域的各种应用。
图 2-3 ：AB 类性能的 Qorvo GaN 工艺技术选项。
例如，功率非常高的应用（如工作频率为 2 GHz 的 1 kW 晶体管）将受益于具有较高击穿电压的 GaN 工艺，因为它提高了工作电压和射频功率密度。工作电压的提高也会提高输出效率。这是提高接入电阻和降低晶体管速度之间的权衡。Qorov GaN50 工艺能够在 65 V 的电压条件下运行，同时也具有这些优势。
毫米波功率放大器 (PA) 应用（如工作频率为 30 GHz 的 20 W MMIC）要求使用能够在高频率条件下提供较高增益的高速器件。器件设计的权衡将有利于缩短栅极长度，最小化接入电阻，以及最大限度地提高电流容量。从而可以降低击穿电压和功率密度。Qorov GaN15 工艺能够在最高 28 V 的电压条件下运行，同时也具有这些优势。
在这两个示例中，GaN 器件提供了比其他技术更高的工作电压，从而展示了该技术固有的速度和电压优势。较高工作电压的优势不仅仅局限于 PA 电路，它还可以为整个系统带来好处。
例如 ：相位阵天线系统（GaN PA 的常见应用）可能需要数百或数千个单独的功率放大器。
这些天线阵列系统中的直流配电一直都是一大难题，因为电源会占据空间，增加重量，并引起直流电源损耗。但 GaN 具有较高的工作电压，可实现更低的直流电流和出色的尺寸、重量、功率和成本 (SWaP-C) 性能，以应对这些系统所面临的直流配电挑战。
 怎么样，清楚GaN 技术如何创造卓越的射频晶吗？以上内容来自Qorvo的深入了解 GaN 技术，大家一起来讨论一下吧，这项技术能否创造出卓越的射频晶吗？
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