氮化鎵 (GaN) 是一種寬帶隙材料，在高功率射頻 (RF) 應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)半導(dǎo)體（如硅）相比，氮化鎵具有一些非常重要的物理和電學(xué)特性，包括：

• 高擊穿電壓；
• 高功率密度；
• 高工作和開(kāi)關(guān)頻率；
• 高效率;
• 優(yōu)良的導(dǎo)熱性。

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，氮化鎵已被證明是射頻領(lǐng)域多種應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)材料，其中可靠性、效率和減少吸收是基本要求。在制造過(guò)程中，氮化鎵通常在高于 1000 °C 的溫度下生長(zhǎng)在由碳化硅 (SiC) 組成的襯底上（在射頻應(yīng)用的情況下），或在功率應(yīng)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(shù)使用最多，因?yàn)樗Y(jié)合了氮化鎵的高功率密度和碳化硅的低功率損耗，還因?yàn)樗鉀Q了與熱管理和寄生損耗相關(guān)的問(wèn)題。GaN-on-Si 技術(shù)盡管成本較低，但熱性能較差，RF 信號(hào)功率損失較大。

GaN的射頻應(yīng)用

盡管氮化鎵通常與功率放大器 (PA) 等經(jīng)典射頻應(yīng)用相關(guān)聯(lián)，但這種創(chuàng)新材料還有許多其他重要應(yīng)用。這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)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(lǐng)域的應(yīng)用中（尤其是軍用級(jí)雷達(dá)）。堅(jiān)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(lèi)型競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的更好選擇，即使在低頻射頻應(yīng)用中也是如此。在軍用雷達(dá)中，當(dāng)在不同千兆赫的頻段上運(yùn)行時(shí)，氮化鎵已被證明是制造固態(tài)發(fā)射器的理想解決方案，可替代基于速調(diào)管的傳統(tǒng)技術(shù)。最新一代軍用雷達(dá)，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(shù)的應(yīng)用并不局限于航天領(lǐng)域和軍用雷達(dá)。在電信領(lǐng)域，尤其是移動(dòng)電話(huà)領(lǐng)域，這種材料用于創(chuàng)建各種創(chuàng)新解決方案，例如支持 5G 技術(shù)的解決方案。在射頻放大器和相控天線(xiàn)陣列等特定應(yīng)用中，基于氮化鎵的組件正在逐步取代傳統(tǒng)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(dǎo)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(dá)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(jí)無(wú)功匹配放大器設(shè)計(jì)方法，可實(shí)現(xiàn)非常寬的帶寬。該 MMIC 可在小尺寸、旋入式封裝中實(shí)現(xiàn)極寬的帶寬。

MACOM是用于電信、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)和國(guó)防應(yīng)用的半導(dǎo)體器件的領(lǐng)先設(shè)計(jì)商和制造商，擁有廣泛的射頻功率產(chǎn)品選擇。一個(gè)例子是MAGx-011086，碳化硅上的 GaN 通用 HEMT 放大器，針對(duì) DC – 6 GHz 操作進(jìn)行了優(yōu)化，采用用戶(hù)友好的封裝，非常適合高帶寬應(yīng)用。該器件設(shè)計(jì)用于飽和線(xiàn)性運(yùn)行，輸出功率為 4 W (36 dBm)，采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、低電感、表面貼裝 QFN 封裝。封裝的焊盤(pán)形成共面發(fā)射，自然吸收鉛寄生效應(yīng)，并具有適用于空間受限應(yīng)用的小型 PCB 輪廓。MAGx 晶體管采用最先進(jìn)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(mǎn)足當(dāng)今苛刻的應(yīng)用需求，例如脈沖航空電子設(shè)備和雷達(dá)應(yīng)用。

Qorvo是一家專(zhuān)門(mén)從事射頻系統(tǒng)的半導(dǎo)體公司，在提供跨多個(gè)頻率和功率級(jí)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(hào)增益。TGA2312-FL 非常適合海洋和氣象雷達(dá)，采用基于 CuW 的法蘭封裝，可實(shí)現(xiàn)出色的熱管理。TGA2312-FL 采用 Qorvo 的 0.25um GaN on SiC 技術(shù)，可提供卓越的性能，同時(shí)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(yùn)行所需的最佳熱性能。