Vorteile, Herausforderungen und Gegenmaßnahmen von GaN-Anwendung in HF-Feld

Derzeit, Galliumnitrid (GaN) Technologie ist nicht mehr nur auf Leistungsanwendungen und ihre Vorteile werden infiltrieren auch in allen Ecken der RF / Mikrowellen-Industrie, und die Auswirkungen auf die RF / Mikrowellen-Industrie wächst, und sollte nicht unterschätzt werden, kann, weil sie aus dem Weltraum, militärischem Radar auf zellulare Kommunikationsanwendungen verwendet werden.

Obwohl GaN oft stark mit Leistungsverstärker (PA) korreliert, hat es andere Fälle Gebrauch. Seit seiner Einführung hat sich die Entwicklung von GaN bemerkenswert gewesen, und mit dem Aufkommen der 5G-Ära, kann es interessant sein.

Die Rolle von GaN in Radar- und Raum

Zwei Varianten der GaN-Technologie sind GaN-auf-Silizium (GaN-on-Si), und GaN-auf-Silizium-Karbid (GaN-on-SiC). Laut Damian McCann, Director of Engineering bei Micro der HF / Mikrowellen Discrete Products Division, GaN-auf-SiC hat viel Raum und militärische Radaranwendungen beigetragen. Heute RF-Ingenieure suchen nach neuen Anwendungen und Lösungen Vorteile von GaN-auf-SiC zu nehmen. Die ständig steigenden Mengen an Leistung und Effizienz Leistung von Geräten erzielt, vor allem im Raum und militärischen Radaranwendungen.

GaN ist ein Halbleitermaterial mit großem Bandabstand mit hoher Härte, mechanische Festigkeit, Wärmekapazität, sehr geringe Empfindlichkeit gegenüber Wärmestrahlung und Wärmeleitfähigkeit, und ein besseres Design für eine bessere Größe, Gewicht und Leistung (SWAP) Vorteile. Wir sehen auch GaN-auf-SiC viele konkurrierenden Technologien übertreffen, auch bei niedrigeren Frequenzen.

Systemdesigner aus GaN-auf-SiC-Technologie profitieren. PAM-XIAMEN Arzt Victor erklärte, dass thermisch gekoppelte und hoch Laminat-Technologie integriert ist, in Kombination mit GaN-auf-SiC, Systemdesigner ermöglicht ein höheres Maß an Integration zu suchen, insbesondere das Hauptradar auszudehnen mehr von dem gleichen physikalischen Bereich abzudecken. In dem Band ist die zweite Ordnung Radarfunktion hinzugefügt. In Weltraumanwendungen, hat die Durchführbarkeit der GaN-auf-SiC kürzlich zugenommen, insbesondere in Anwendungen, bei denen die Effizienz der GaN auf die Fähigkeit, komplementär ist bei höheren Frequenzen zu arbeiten. Die Leistungsdichte von Millimeterwellen (mmWellen) GaN bringt eine neue Reihe von Design-Techniken, die verwendet werden können, eine höhere Entschädigung zu finden. Die Lösung muss über Leistung und Linearität in Leistungskompensation gehen, und auch Leistungssteuerung benötigen. Oder auf eine Variable VSWR Ebene laufen. Er wies auch darauf hin, dass GaN-auf-SiC-Technologie die alte klystron Technologie ersetzen kann. Die Popularität der aktiven elektronisch gescannten Arrays (AESAS) und Phased-Array-Komponenten in militärischen und kommerziellen Raumfahrtanwendungen wird auch ein neues Maß an Leistung erreichen erwartet, auch für GaN-auf-SiC-Basis monolithisch integrierten Mikrowellenschaltungen (MMICs), sagte er. In einigen Fällen ersetzen die Alterung klystron Technologie. Allerdings ist die begrenzte Anzahl von qualifizierten 0,15 Mikron GaN-auf-SiC-Wafer Gießereien ein knappes Gut auf dem Markt und bedarf weitere Investitionen.

GaN und 5G Kommunikation

GaN-Technologie wird in den Weltraum und Radaranwendungen beschränkt. Es treibt die Innovation auf dem Gebiet der Mobilkommunikation. Welche Rolle spielt GaN in Zukunft 5G-Netzwerk?

Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) Product Director said that the booming 5G is expected to disrupt traditional cellular communications and create new opportunities for operators and service providers. 5G is currently being planned, with mobile broadband (mobile/tablet/laptop) transmitting at speeds in excess of 10 Gbps, while at the same time, Internet of Things (IoT) applications can achieve ultra-low latency. GaN is gradually replacing silicon (Si) in specific applications (ie RF amplifiers for 4G / LTE base stations). Next-generation 5G deployments will use GaN technology, and in the early days of 5G, GaN-on-SiC will increasingly be used in macrocellular networks. 5G will introduce GaN-on-Si to compete with GaN-on-SiC designs and enter small cell applications, which may then enter femtocell/home routers and even cell phones. GaN technology will be critical in terms of the higher frequencies used by 5G networks. The 5G will be deployed in multiple frequency bands and has two main frequency ranges, sub-6-GHz for wide area coverage and 20 GHz (mmWave) or higher for high density areas such as stadiums and airports. To meet the stringent 5G technology (faster data rates, low latency, large scale broadband) requirements, new GaN technologies are needed to achieve higher target frequencies (ie, the 28 GHz and 39 GHz bands). In addition, GaN technology will be very suitable for 5G mobile phones. From a technical point of view, 5G has a problem of attenuation, requiring multiple antennas to use spatial multiplexing techniques to improve signal quality. A dedicated RF front-end chipset is required for each antenna. Compared to gallium arsenide (GaAs) and Si, GaN has fewer antennas at the same power level. The resulting form factor advantage makes GaN ideal for 5G mobile applications.

PAM-XIAMEN arbeiten mit führenden Geräten Unternehmen und Forschungseinrichtungen GaN-on-Si zu entwickeln. Zuerst wird eine epitaxiale Schicht von gleichmäßigen Dicken und gleichmäßiger struktureller Zusammensetzung muss über den gesamten Wafer abgeschieden werden, die in der Regel ein Übergitter umfaßt. Die Kunden benötigen auch genaue Schnittstellensteuerung eine scharfe Schnittstelle Geräteeigenschaften zu optimieren. Es ist auch wünschenswert Null Speicherfehler zu haben, um effektiv Dotierstoffe beinhalten, wie Mg und Fe in einer bestimmten Schicht. Als Antwort auf diese Bedürfnisse ein Single-Wafer-Technologie Turbodisc adressiert die Herausforderungen der Transistorleistung, RF Verlust, Klirrfaktor, und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung, was Dotierstoff Steuerung und Gleichförmigkeit der Zusammensetzung bereitgestellt wird, während Epitaxie Kosten pro Wafer verringert wird. Dies wird durch die Verwendung von Dünnfilm-Abscheidungs ​​Steuerung des Propel MOCVD-System erreicht hochwertigen Puffer Wachstum und seine Fähigkeit, zu erreichen solche Dotierstoffe einzuarbeiten. Als verwandte Werkzeuge und Prozesse noch reifen müssen die Produktionskapazität, die Marktgröße von GaN-on-Si und GaN-auf-SiC zu erhöhen, ist klein und die Herausforderungen bleiben. Doch mit dem Prozess und Technologie Verbesserung der 5G-Anwendungen, auch weiterhin die Anwendungsfälle. Der Anstieg hat ein riesiges Potenzial für die Entwicklung.

Jenseits Endverstärker: Low Noise Amplifier auf GaN-Basis

In RF / Mikrowellenanwendungen wird GaN-Technologie häufig mit Leistungsverstärkern verbunden. PAM-XIAMEN demonstriert, dass GaN hat durch den Gebrauch Fällen einen rauscharmen Verstärker (LNA), basierend auf GaN-Technologie zu entwickeln. Wir werden oft gefragt: GaAs pHEMT LNA-Technologie ist sehr ausgereift und weit verbreitet. Warum bei Mikrowellenfrequenz eine Reihe von GaN HEMT LNAs entwickeln? Der Grund ist einfach: GaN bietet mehr als nur geringes Rauschen.

Erstens hat GaN höhere Eingangsleistung Überlebensfähigkeit und kann stark reduzieren oder Front-End-Begrenzer typischerweise mit GaAs pHEMT LNAs assoziiert zu eliminieren. Durch den Begrenzer zu beseitigen, kann GaN erholen auch die Verluste dieser Schaltung weiter die Rauschzahl zu reduzieren. Zweitens hat der GaN LNA einen höheren Ausgang Intercept Point (IP3) als das GaAs pHEMT, die die Linearität und die Empfindlichkeit des Empfängers verbessert wird. Einer der Hauptgründe für GaN haben diese Vorteile gegenüber GaAs Prozesse seiner von Natur aus hohe Durchbruchspannung ist. Wenn der LNA überlastet ist, Gate-Drain-Durchbruchsversagen führen kann. Typische Bruchspannungen für GaAs pHEMT Geräte Bereich von 5 bis 15 V, stark die maximale HF-Eingangsleistung zu begrenzen, die diese LNAs standhalten kann, während der Durchbruchspannungsbereich auf 50 bis 100 V erweitert werden kann, des GaN-Prozesses, für höhere Eingangsleistungspegel ermöglicht wird. . Darüber hinaus ermöglicht eine höhere Durchbruchspannung die GaN-Gerät bei höheren Betriebsspannungen vorgespannt werden, die sich direkt in höhere Linearität übersetzt. Wir haben gelernt, wie man die Vorteile von GaN zu maximieren und erweiterte LNAs mit dem niedrigsten Rauschzahl und eine hohe Linearität und eine hohe Ausfallsicherheit zu schaffen. Daher ist die bevorzugte GaN LNA-Technologie für alle Hochleistungs-Empfängersysteme, vor allem, wenn die Immunität Anforderungen extrem hoch sind.

Alles in allem, GaN-Technologie hat eine wichtige Kraft in der RF / Mikrowellen-Industrie geworden. In der Zukunft, da die 5G Kommunikation reift, wird ihre Rolle weiter auszubauen. Obwohl GaN und PA Hand in Hand gehen, sollte man nicht aus den Augen der Arbeit der Industrie verlieren LNAs zu entwickeln, die diese Technologie verwenden. Jetzt ist die Zeit, Energie und Ressourcen in der Entwicklung von GaN zu investieren, weil ihre Zukunft sehr hell ist.

Über Xiamen Powerway Advanced Material Co., Ltd

Gefunden 1990, Xiamen Powerway Advanced Material Co., Ltd (PAM-XIAMEN), ein führender Hersteller von VCSEL Epitaxiewafern in China, umfasst das Geschäft GaN Stoffbespannung GaN-Substrat, GaN-Epitaxial-Wafer.

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