Avantages, les défis et les contre-mesures d'application GaN dans le champ RF

À l'heure actuelle, la technologie de nitrure de gallium (GaN) ne se limite plus aux applications de puissance, et ses avantages s'infiltrent aussi dans tous les coins de l'industrie RF / micro-ondes, et l'impact sur l'industrie RF / micro-ondes est en croissance, et ne doit pas être sous-estimée , car il peut être utilisé à partir de l'espace, le radar militaire aux applications de communications cellulaires.

Bien que GaN est souvent fortement corrélé avec les amplificateurs de puissance (PA), il a d'autres cas d'utilisation. Depuis son lancement, le développement de GaN a été remarquable, et avec l'avènement de l'ère 5G, il peut être plus intéressant.

Le rôle de GaN dans le radar et de l'espace

Deux variantes de la technologie GaN sont GaN sur silicium (GaN sur Si) et GaN sur silicium-carbure (GaN sur SiC). Selon Damian McCann, directeur de l'ingénierie chez RF Microsemi / micro-ondes Division des produits discrets, GaN sur SiC a beaucoup contribué à l'espace et les applications de radars militaires. Aujourd'hui, les ingénieurs RF sont à la recherche de nouvelles applications et solutions pour tirer parti de GaN sur SiC. Les niveaux toujours plus de puissance et de performance d'efficacité réalisés par des dispositifs, en particulier dans l'espace et les applications de radars militaires.

GaN est un grand matériau semi-conducteur à bande interdite avec une dureté élevée, une stabilité mécanique, la capacité thermique, une très faible sensibilité au rayonnement thermique et la conductivité thermique, et une meilleure conception pour une meilleure taille, le poids et la puissance (SWAP) Avantages. On voit aussi dépasser GaN sur SiC de nombreuses technologies concurrentes, même à des fréquences plus basses.

Les concepteurs de systèmes bénéficieront de la technologie GaN sur SiC. PAM-XIAMEN Docteur Victor a expliqué que la technologie de stratifié thermiquement couplé et hautement intégré, en combinaison avec GaN sur SiC, permet aux concepteurs de système à rechercher un niveau plus élevé d'intégration, en particulier d'étendre le radar principal pour couvrir plus de la même zone physique. Dans la bande, la fonction de radar de second ordre est ajouté. Dans les applications spatiales, la faisabilité de GaN sur SiC a récemment augmenté, en particulier dans les applications où l'efficacité de GaN est complémentaire à la capacité de fonctionner à des fréquences plus élevées. La densité de puissance à ondes millimétriques (ondes millimétriques) GaN apporte une nouvelle série de techniques de conception qui peuvent être utilisés pour trouver des niveaux plus élevés de rémunération. La solution doit aller au-delà de la puissance et la linéarité en compensation de puissance, et aussi besoin d'un contrôle de puissance. Ou courir à un niveau de VSWR variable. Il a également fait remarquer que la technologie GaN sur SiC peut remplacer l'ancienne technologie klystron. La popularité des réseaux actifs scannés électroniquement (des AESA) et les composants de réseau phasé dans les applications spatiales militaires et commerciaux devrait également atteindre de nouveaux niveaux de puissance, même pour GaN sur SiC à base micro-ondes circuits intégrés monolithiques (MMIC), at-il dit. Dans certains cas, remplacer la technologie vieillissante klystron. Toutefois, le nombre limité de fonderies qualifiés de tranches GaN sur SiC 0,15 micron est une ressource rare sur le marché et a besoin de nouveaux investissements.

communication GaN et 5G

la technologie GaN ne se limite pas aux applications spatiales et radar. Il est le moteur de l'innovation dans le domaine des communications cellulaires. Quel est le rôle GaN jouer dans le futur réseau 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 travaille avec des entreprises leaders de l'équipement et des instituts de recherche pour développer GaN sur Si. Tout d'abord, une couche épitaxiale d'une épaisseur uniforme et la composition de structure uniforme doit être déposée sur toute la plaquette, qui comprend typiquement un superréseau. Les clients ont également besoin de contrôle d'interface précise à l'aide d'une interface forte pour optimiser les caractéristiques de l'appareil. Il est également souhaitable d'avoir zéro défaut de mémoire pour incorporer efficacement des dopants tels que le Mg et le Fe dans une couche particulière. En réponse à ces besoins, une technologie de TurboDisc une seule plaquette répond aux défis de la performance des transistors, la perte RF, distorsion harmonique et la fiabilité du dispositif, fournissant le meilleur contrôle de dopage et une uniformité de composition, tout en réduisant les coûts de croissance épitaxiale par tranche. Ceci est obtenu en utilisant la commande fine de dépôt de film du système Propel MOCVD pour obtenir une croissance du tampon de haute qualité et sa capacité à incorporer de tels dopants. Comme outils et les processus liés doivent encore mûrir pour augmenter la capacité de production, la taille du marché de GaN sur Si et GaN sur SiC est faible et les défis demeurent. Cependant, avec l'amélioration des processus et de la technologie des applications 5G, les cas d'utilisation continue. La montée subite a un énorme potentiel de développement.

Au-delà de l'amplificateur de puissance: GaN amplificateur à faible bruit

Dans les applications RF / micro-ondes, la technologie GaN est souvent associée à des amplificateurs de puissance. PAM-XIAMEN démontre que GaN dispose d'autres cas d'utilisation en développant un amplificateur à faible bruit (LNA) basé sur la technologie GaN. On nous demande souvent: la technologie GaAs pHEMT LNA est très mature et largement utilisé. Pourquoi développer une série de GaN HEMT LNA à la fréquence des micro-ondes? La raison est simple: GaN offre plus que faible bruit.

Tout d'abord, GaN a survivabilité de puissance d'entrée supérieure et peut considérablement réduire ou éliminer les limiteurs frontaux généralement associés à GaAs pHEMT LNA. En éliminant le limiteur, GaN peut également récupérer les pertes de ce circuit, ce qui réduit encore la figure de bruit. Deuxièmement, le GaN LNA a un point d'interception du troisième ordre de sortie supérieur (IP3) que le GaAs pHEMT, ce qui améliore la linéarité et la sensibilité du récepteur. L'une des principales raisons de GaN d'avoir cet avantage par rapport aux procédés GaAs est sa tension de claquage élevée par nature. Lorsque le LNA est surchargé, ventilation grille-drain peut provoquer une panne. tensions de claquage typique pour dispositifs GaAs PHEMT plage de 5 à 15 V, ce qui limite fortement la puissance maximale d'entrée RF que ces LNA peuvent supporter, tandis que la plage de tension de claquage de procédé GaN peut être étendu à 50 à 100 V, ce qui permet à des niveaux de puissance d'entrée plus élevées. . En outre, une tension de claquage supérieure permet au dispositif de GaN pour être sollicitée à des tensions de fonctionnement plus élevées, ce qui se traduit directement par une linéarité plus élevée. Nous avons appris comment maximiser les avantages de GaN et de créer LNA avancés avec le chiffre le plus bas de bruit et une linéarité élevée et survivabilité élevée. Par conséquent, GaN est la technologie de LNA préféré pour tous les systèmes de récepteur haute performance, en particulier lorsque les exigences d'immunité sont extrêmement élevés.

En tout, la technologie GaN est devenue une force majeure dans l'industrie RF / micro-ondes. À l'avenir, comme la communication 5G arrive à maturité, son rôle va encore étendre. Bien que GaN et PA vont de pair, il ne faut pas perdre de vue le travail de l'industrie pour développer LNAs utilisant cette technologie. Il est maintenant le temps d'investir l'énergie et des ressources dans le développement de GaN, parce que son avenir est très prometteur.

A propos de Xiamen Powerway avancée Materials Co., Ltd

Trouvé en 1990, Xiamen Powerway avancée Materials Co., Ltd (PAM-XIAMEN), un important fabricant de plaquettes épitaxiales VCSEL en Chine, son activité consiste à recouvrir de matériau GaN substrat GaN, tranche épitaxiale de GaN.

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