Ventajas, desafíos y contramedidas de aplicación de GaN en campo de RF

En la actualidad, el nitruro de galio tecnología (GaN) ya no se limita a aplicaciones de potencia, y sus ventajas también están infiltrando en todos los rincones de la industria de RF / microondas, y el impacto en la industria de RF / microondas está creciendo, y no se debe subestimar , ya que puede ser utilizado desde el espacio, el radar militar para aplicaciones de comunicaciones celulares.

A pesar de GaN es a menudo altamente correlacionado con los amplificadores de potencia (PA), que cuenta con otros casos de uso. Desde su lanzamiento, el desarrollo de GaN ha sido notable, y con el advenimiento de la era 5G, puede ser más interesante.

El papel de GaN en el radar y el espacio

Dos variantes de la tecnología de GaN son GaN sobre silicio (GaN-en-Si) y GaN sobre silicio-carburo (GaN-en-SiC). De acuerdo con Damian McCann, director de ingeniería de RF de Microsemi / División de Productos discretos de microondas, GaN-en-SiC ha contribuido en gran medida al espacio y aplicaciones de radar militares. Hoy en día, los ingenieros de RF están buscando nuevas aplicaciones y soluciones para aprovechar GaN-en-SiC. Las cada vez mayores niveles de rendimiento de potencia y eficiencia alcanzados por los dispositivos, especialmente en el espacio y aplicaciones de radar militares.

GaN es un material semiconductor de banda prohibida ancha con alta dureza, estabilidad mecánica, capacidad de calor, muy baja sensibilidad a la radiación térmica y conductividad térmica, y un mejor diseño para una mejor Ventajas (SWAP) de potencia tamaño, peso y. También vemos GaN-en-SiC superando muchas tecnologías competidoras, incluso a frecuencias más bajas.

Los diseñadores de sistemas se beneficiarán de la tecnología de GaN-en-SiC. PAM-XIAMEN Doctor Victor explicó que térmicamente acoplada y la tecnología laminado altamente integrado, en combinación con GaN-en-SiC, permite a los diseñadores de sistemas a buscar un mayor nivel de integración, especialmente para extender el radar principal para cubrir más de la misma zona física. En la banda, se añade la función de radar de segundo orden. En aplicaciones espaciales, la viabilidad de GaN-en-SiC recientemente ha ido en aumento, especialmente en aplicaciones en las que la eficiencia de GaN es complementaria a la capacidad de operar a frecuencias más altas. La densidad de potencia de ondas milimétricas (ondas milimétricas) GaN trae un nuevo conjunto de técnicas de diseño que se pueden utilizar para encontrar los niveles más altos de compensación. La solución debe ir más allá del poder y la linealidad de compensación de potencia, y también es necesario el control de potencia. O correr a un nivel VSWR variable. También señaló que la tecnología de GaN-en-SiC puede sustituir a la vieja tecnología klistrón. También se espera que la popularidad de las matrices activas de barrido electrónico (AESA) y componentes de matriz escalonada en aplicaciones espaciales militares y comerciales para alcanzar nuevos niveles de potencia, incluso para los circuitos integrados de microondas monolíticos basados ​​en GaN-en-SiC (MMIC), dijo. En algunos casos reemplazar la tecnología klistrón de envejecimiento. Sin embargo, el limitado número de calificados 0,15 micras fundiciones de obleas de GaN-en-SiC es un recurso escaso en el mercado y necesita una mayor inversión.

la comunicación de GaN y 5G

La tecnología de GaN no se limita a las aplicaciones espaciales y de radar. Se está impulsando la innovación en el campo de las comunicaciones celulares. ¿Qué papel juega GaN en la futura red 5G?

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 está trabajando con las principales compañías de equipos y centros de investigación para desarrollar GaN-en-Si. En primer lugar, una capa epitaxial de espesor uniforme y la composición estructural uniforme debe ser depositado sobre toda la oblea, que incluye típicamente una superred. Los clientes también requieren control de interfaz precisa utilizando una interfaz de afilado para optimizar las características del dispositivo. También es deseable tener cero defectos de memoria para incorporar eficazmente dopantes tales como Mg y Fe en una capa particular. En respuesta a estas necesidades, una tecnología Turbodisc de una sola oblea se dirige a los retos de rendimiento del transistor, la pérdida de RF, la distorsión armónica, y la fiabilidad del dispositivo, proporcionando líder control de dopante y uniformidad de composición al tiempo que reduce el costo de crecimiento epitaxial por oblea. Esto se consigue mediante la utilización de la delgada de control de deposición de la película del sistema de Propel MOCVD para lograr un crecimiento tampón de alta calidad y su capacidad para incorporar tales dopantes. Como herramientas y procesos relacionados todavía tienen que madurar para aumentar la capacidad de producción, el tamaño del mercado de GaN-en-Si y GaN-en-SiC es pequeño y se mantienen los desafíos. Sin embargo, con la mejora de los procesos y la tecnología de aplicaciones 5G, los casos de uso siguen. El aumento tiene un enorme potencial para el desarrollo.

Más allá de Amplificador de Potencia: GaN-base amplificador de bajo ruido

En las aplicaciones de RF / microondas, la tecnología de GaN se asocia a menudo con los amplificadores de potencia. PAM-Xiamen está demostrando que GaN tiene otros casos de uso mediante el desarrollo de un amplificador de bajo ruido (LNA) basado en la tecnología de GaN. A menudo nos preguntan: la tecnología GaAs pHEMT LNA es muy maduro y ampliamente utilizado. ¿Por qué desarrollar una serie de GaN HEMT LNA a la frecuencia de microondas? La razón es simple: GaN ofrece algo más que bajo nivel de ruido.

En primer lugar, GaN tiene mayor capacidad de supervivencia de potencia de entrada y se puede reducir en gran medida o eliminar limitadores frontales típicamente asociados con GaAs pHEMT LNA. Al eliminar el limitador, GaN también puede recuperar las pérdidas de este circuito, reduciendo aún más el factor de ruido. En segundo lugar, el GaN LNA tiene un tercer orden punto de intercepción de mayor producción (IP3) que el GaAs pHEMT, lo que mejora la linealidad y la sensibilidad del receptor. Una de las principales razones de GaN de tener esta ventaja sobre los procesos de GaAs es su tensión inherentemente alta avería. Cuando se sobrecarga el LNA, disrupción puerta-drenaje puede causar fracaso. composición típica voltajes para dispositivos de GaAs pHEMT intervalo de 5 a 15 V, limitando severamente la potencia de entrada RF máximo que estos LNA pueden soportar, mientras gama tensión de ruptura del proceso de GaN se puede extender a 50 a 100 V, lo que permite niveles de potencia de entrada más altas. . Además, un voltaje de ruptura más alta permite que el dispositivo GaN a estar sesgados en los voltajes de funcionamiento más altas, lo que se traduce directamente en una mayor linealidad. Hemos aprendido cómo aprovechar al máximo los beneficios de GaN y crear LNA avanzadas con la figura de ruido bajo y una alta linealidad y alta capacidad de supervivencia. Por lo tanto, GaN es la tecnología LNA preferido para todos los sistemas de receptor de alto rendimiento, especialmente cuando los requisitos de inmunidad son extremadamente altos.

Considerándolo todo, La tecnología de GaN se ha convertido en una fuerza importante en la industria de RF / microondas. En el futuro, ya que la comunicación 5G madura, su papel ampliará aún más. A pesar de GaN y PA van de la mano, no se debe perder de vista el trabajo de la industria para desarrollar LNA utilizando esta tecnología. Ahora es el momento de invertir energía y recursos en el desarrollo de GaN, porque su futuro es muy brillante.

Acerca de Xiamen Powerway avanzada Material Co., Ltd

Encontrado en 1990, Xiamen Powerway avanzada Material Co., Ltd (PAM-Xiamen), un fabricante líder de obleas epitaxiales VCSEL en China, su negocio consiste en cubrir el material de GaN sustrato de GaN, GaN epitaxial obleas.

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