GaN 用于 RF 技术的现状

石榴姐

GaN 用于 RF 技术的现状 [复制链接]

GaN 作为一种半导体，具有高电子迁移率、高带隙电压，非常坚固，可以通过分层和外延生长（绝缘体上半导体技术）等多种技术实现。这包括碳化硅基氮化镓 (GaN-on-SiC)、硅基氮化镓 (GaN-on-Si)、GaN-on-GaN，甚至金刚石基氮化镓。各种绝缘基板表现出一系列性能、可靠性、功率密度、价格和其他制造/设计问题。这使得 GaN 技术能够满足广泛应用的需求。

迄今为止，GaN 在射频行业最常见的应用是功率放大器 (PA)。然而，一些公司也开发了 GaN 低噪声放大器、混频器、二极管、开关、电阻器和其他 RF 组件。

流行的主题是 GaN 器件倾向于设计用于高频和高功率用例。这是因为 GaN 的成本高于硅和砷化镓 (GaAs) 等其他高频半导体技术，但具有更好的高功率性能。例如，在一些超过 6 GHz 的高频、宽带宽和高功率应用中，将需要多个 GaAs 或 Si PA 才能达到单个 GaN PA 的性能，后者可能也更可靠、更高效。在其他情况下，GaN 还在高频和宽带应用中取代了 GaAs 和磷化铟 (InP) 器件，例如传感和测试测量仪器。

这些特性还促使 GaN 器件进入通常由传统技术主导的市场，例如横向扩散金属氧化物半导体 (LDMOS) Si PA 和行波管放大器 (TWTA)。这些应用包括高频和高峰值脉冲功率用例，例如 Ka 频段（27 GHz 至 40 GHz）的雷达、雷达干扰器和卫星通信。由于 GaN 器件的多功能性，GaN 放大器也用于商业无线应用，例如正在推出的 4G/5G sub-6 GHz 和 5G 毫米波基础设施。

GaN 放大器和其他设备可以处理从近直流到几十千兆赫兹的频率。最近的研究还探索了工作频率超过 100 GHz 甚至太赫兹 (THz) 的 GaN 器件。由于大多数主流应用仍低于 6 GHz，因此 GaN 器件的最大市场正在取代这些频率的高功率放大器 (HPA)。国防、航空航天、卫星通信和传感应用也在高速采用毫米波 GaN PA。

由于用例的多样性，很难准确预测 GaN 技术的市场增长和渗透率，但市场研究公司普遍预测，到 2020 年代，GaN 的年复合增长率将超过 10%。

预测 GaN 技术在某些市场中的增长和渗透的其他挑战还来自 GaN 研发投资的范围。该研究的一个主要领域是为现代无线通信开发具有高功率附加效率 (PAE) 的 GaN PA。新的 5G 和其他无线通信技术采用的新调制方案和技术给 PA 带来了额外的设计限制，例如对高效率、高功率和宽带宽的需求。