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苏州能讯高能半导体有限公司董事总经理任勉: 5G和高频应用让氮化镓大有用武之地

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氮化镓(GaN)射频器件从上世纪90年代初概念被提出,经过20多年的发展,已经发展到第三代,宽频带(300-500 MHz带宽)、超高频(100GHz)、高功率高效率(CLASS B理论极限值78.5%,谐波调制后可达80%以上)成为其公认的优点。

氮化镓产品类型和对应的市场也不断发生变化,5G和高频应用,让氮化镓大有用武之地。国际电联定义了5G通信频段,基本上会以6GHz为重要的节点,6GGHz以下是中低频,以上有18GHz、24GHz、26GHz及更高的频率。3.5GHz是一个分水岭,3.5GHz及以上频率,氮化镓工艺有全面的优势,无论是带宽、线性度、增益还是效率,硅器件都无法与氮化镓竞争。氮化镓可以减小Massive MIMO基站的体积,氮化镓的功率密度比当前LDMOS技术高20多倍,每单位面积可将功率提高7到10倍;氮化镓裸片尺寸为LDMOS裸片尺寸的1/7至1/10,寄生电容大幅减少,可以更好地发挥射频特性;氮化镓具有更高功率密度特性,能够实现更小器件封装,因而非常适用于Massive MIMO天线系统;氮化镓的大带宽特性能够使得单个氮化镓射频功率器件替代LDMOS器件组合,使基站的体积不断减小,成本不断下降。

氮化镓非常适合于制造5G和毫米波射频前端系统,如大带宽和高效率功率放大器(PA)、大功率大带宽开关(RF SWITCH)、低噪声高功率压控振荡器(VCO)、高可靠大带宽低噪声放大器(LNA)。

GaN MMIC 在5G毫米波段技术竞争力,具体原因如下:根据EIRP大于66dBm计算,对于64~1024阵列MIMO,最小输出功率20W,单片MMIC峰值功率要求3W~0.2W;根据5G白皮书要求,要求PA线性效率要求10%~20%,未来达到20%~40%。

GaN高频芯片相比低频芯片,还有一些技术难题需要突破:首先,高频条件下,缺陷的释放时间要求更加严格,因此芯片的效率显著下降;其次,高频条件下寄生电容和电阻的影响增加,因此缩小栅长不能有效提升增益;再次,高频器件有严重的短沟道效应,影响功率增益和效率;最后,亚微米栅会增加栅极边缘电场,造成更高的漏电,降低击穿电压并引入可靠性问题。上述4个问题,涉及器件本身加工,同时也涉及PDK、建模以及与上游其他相关方合作,若解决这些问题,需要业内同行加大投入,齐心协力做好氮化镓产业。






责任编辑:诸玲珍


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