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适用于5G的半导体材料硅基氮化镓(GaN)


作者:刘明春    时间:2017/5/26 15:12:06  来源:   
        5G 提出要覆盖毫米波频段,将可用通信频率提升至 6GHz-300GHz 区间。这些技术场景对射频器件的性能,比如功率、线性度、 工作频率、效率、可靠性等提出了极高的要求。有数据显示,功率放大器(PA)功率附加效率(PAE) 最低要求 60%,而最好的硅基 CMOS 产品仅能做到 57%。由于击穿电压低、衬底绝缘性差、高频损耗大等先天缺陷,实际上在线性度、功率、效率、可靠性等多个方面都无法满足要求。

         在基站端,由于对高功率的需求,氮化镓(GaN)因其在耐高温、优异的高频性能以及低导通损耗、高电流密度的物理特性,是目前最有希望的下一代通信基站功率放大器(PA)芯片材料。5G采用高频频谱虽然能提供更高的数据传输速率,但这一频段的电磁波传输距离很短,且容易被障碍物阻挡。这意味着,移动运营商可能需要建设数百万个小型基站,将其部署至每根电线杆、每栋大楼,每户房屋,甚至每个房间,也就意味着基于GaN的功率放大器(PA)芯片需求将出现飞跃增长。

         从2G、3G到4G时代,智能手机支持的制式越来越多,射频前端走向集成化已成为必然。因为智能手机对 2G、3G 和 4G 模式的支持,需要的射频器件越来越多,即便集成化仍然很难控制智能手机的成本。这跟功能机时代不同,我们可以将成本做到很低,在全球市场都能够保证低价。但如果到了5G时代,需要的器件越来越多,价格越来越高。
 

        半导体材料硅基氮化镓(GaN)

        那么,问题来了,怎么解决高昂的价格?首先,先了解下什么是硅基氮化镓,与硅器件相比,由于氮化镓的晶体具备更强的化学键,因此它可以承受比硅器件高出很多倍的电场而不会崩溃。这意味我们可以把晶体管的各个电端子之间的距离缩短十倍。这样可以实现更低的电阻损耗,以及电子具备更短的转换时间。总的来说,氮化镓器件具备更快速的开关、更低的功率损耗及更低的成本优势。由于氮化镓技术在低功耗、小尺寸等方面具有独特的优势,近年来在功率器件市场大受欢迎。然而,其居高不下的成本使得氮化镓技术的应用受到很多限制。 

        但是随着硅基氮化镓技术的深入研究,我们逐渐发现了一条完全不同的道路,甚至可以说是颠覆性的半导体技术。这就是硅基氮化镓技术。

        在2017年的电子设计创新大会上,MACOM上海无线产品中心设计经理刘鑫表示,硅衬底有一些优势,材料便宜,散热系数好。且Macom 在高性能射频领域负有盛名。MACOM公司氮化镓产品已经是第四代,且极具价格优势和广阔的应用前景。

 



        据悉,MACOM是一家高性能模拟射频、微波和光学半导体产品领域的领先供应商,在射频、微波、光电领域均享有很高知名度。同时也是世界领先通信基础设施的首选合作伙伴,借助顶尖团队和丰富的模拟射频、微波、毫米波和光子半导体产品,可帮助这些公司解决网络容量、信号覆盖、能源效率和现场可靠性等领域内的复杂挑战。MACOM公司的具体产品主要有:射频功率产品、光电子、光子解决方案、光学部件、放大器、二极管、交叉点和信号调理器、SDI产品、频率转换、控制产品、无源器件、HDcctv设备、频率生成、通信处理器。可以应用在无线网络和通信、光网络、射频能量、工业、科学和医疗、有线宽带、广播视频、企业解决方案等多个领域。 

关键词:硅基氮化镓(GaN)
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