Vantaggi, le sfide e le contromisure di applicazione GaN in campo RF

Allo stato attuale, la tecnologia nitruro di gallio (GaN) non è più limitato alle applicazioni di potenza, ei suoi vantaggi sono anche infiltrando in tutti gli angoli del settore RF / microonde, e l'impatto sul settore RF / microonde è in crescita, e non deve essere sottovalutato , perché può essere utilizzato dallo spazio, radar militare per applicazioni di comunicazione cellulare.

Sebbene GaN è spesso altamente correlata con amplificatori di potenza (PA), ha altri casi di utilizzo. Dal suo lancio, lo sviluppo di GaN è stato notevole, e con l'avvento dell'era 5G, può essere più interessante.

Il ruolo di GaN in radar e spazio

Due varianti della tecnologia GaN sono GaN su silicio (GaN-on-Si) e GaN-on-silicio-carburo (GaN-on-SiC). Secondo Damian McCann, direttore di ingegneria presso RF di Microsemi / a microonde discreti Products Division, GaN-on-SiC ha contribuito molto allo spazio e le applicazioni radar militari. Oggi, gli ingegneri RF sono alla ricerca di nuove applicazioni e soluzioni per sfruttare GaN-on-SiC. Le crescenti livelli di potenza ed efficienza prestazioni raggiunti da dispositivi, in particolare nello spazio e applicazioni radar militari.

GaN è un'ampia materiale semiconduttore bandgap con elevata durezza, resistenza meccanica, capacità termica, molto bassa sensibilità alla radiazione termica e conduttività termica e una migliore progettazione per una migliore dimensioni, peso e potenza Vantaggi (swap). Vediamo anche GaN-on-SiC superando molte tecnologie concorrenti, anche alle frequenze più basse.

I progettisti di sistemi potranno beneficiare di tecnologia GaN-on-SiC. PAM-XIAMEN Medico Victor spiegato che accoppiata termicamente ben integrato tecnologia laminato, in combinazione con GaN-on-SiC, permette ai progettisti di cercare una maggiore integrazione, in particolare per estendere il radar principale di coprire più della stessa area fisica. Nella banda, viene aggiunta la funzione radar secondo ordine. Nelle applicazioni spaziali, la fattibilità di GaN-on-SiC è recentemente aumentata, soprattutto nelle applicazioni in cui l'efficienza di GaN è complementare alla capacità di operare a frequenze più elevate. La densità di potenza di onde millimetriche (mmWave) GaN porta una nuova serie di tecniche di progettazione che possono essere utilizzati per trovare livelli più elevati di compensazione. La soluzione deve andare al di là di potenza e linearità in compensazione della potenza, e anche bisogno di controllo della potenza. O eseguire a un livello ROS variabile. Egli ha anche sottolineato che la tecnologia GaN-on-SiC può sostituire la vecchia tecnologia klystron. La popolarità degli array attivi a scansione elettronica (AESAs) e componenti phased array in applicazioni spaziali militari e commerciali si aspetta anche di raggiungere nuovi livelli di potenza, anche per microonde circuiti integrati monolitici a base GaN-on-SiC (MMIC), ha detto. In alcuni casi, sostituire la tecnologia klystron invecchiamento. Tuttavia, il numero limitato di qualificate 0,15 micron GaN-on-SiC fonderie wafer è una risorsa scarsa sul mercato e ha bisogno di ulteriori investimenti.

comunicazione GaN e 5G

La tecnologia GaN non si limita alle applicazioni spaziali e radar. Si sta guidando l'innovazione nel campo delle comunicazioni cellulari. Che ruolo gioca GaN nella futura rete 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 sta lavorando con i principali aziende e istituti di ricerca per sviluppare GaN-on-Si. In primo luogo, uno strato epitassiale di spessore uniforme e composizione strutturale uniforme deve essere depositato sull'intera fetta, che comprende tipicamente un superlattice. I clienti richiedono anche il controllo di interfaccia preciso utilizzando un'interfaccia nitida per ottimizzare le caratteristiche del dispositivo. E 'anche desiderabile avere difetti di memoria a zero per integrare efficacemente droganti come Mg e Fe in un particolare livello. In risposta a queste esigenze, una tecnologia Turbodisc singolo wafer affronta i problemi di prestazioni dei transistor, perdita RF, distorsione armonica, e l'affidabilità del dispositivo, fornendo importanti controllo drogante e uniformità composizionale riducendo costi Crescita epitassiale per wafer. Ciò si ottiene utilizzando il sottile controllo deposizione di film del sistema Propel MOCVD ad ottenere la crescita tampone di alta qualità e la sua capacità di incorporare tali droganti. Come strumenti e processi legati ancora bisogno di maturare per aumentare la capacità produttiva, la dimensione del mercato dei GaN-on-Si e GaN-on-SiC è piccolo e le sfide rimangono. Tuttavia, con il miglioramento dei processi e la tecnologia delle applicazioni 5G, i casi d'uso continuano. L'aumento ha un enorme potenziale di sviluppo.

Al di là di amplificatore di potenza: GaN Low Noise Amplifier

Nelle applicazioni RF / microonde, la tecnologia GaN è spesso associato con amplificatori di potenza. PAM-XIAMEN dimostra che GaN ha altri casi di utilizzo sviluppando un amplificatore a basso rumore (LNA) basato sulla tecnologia GaN. Ci viene spesso chiesto: la tecnologia GaAs pHEMT LNA è molto maturo e ampiamente utilizzato. Perché sviluppare una serie di GaN HEMT LNA alla frequenza di microonde? La ragione è semplice: GaN offre più di un semplice basso rumore.

In primo luogo, GaN ha una maggiore capacità di sopravvivenza potenza di ingresso e può notevolmente ridurre o eliminare limitatori front-end tipicamente associati con GaAs PHEMT LNA. Eliminando il limitatore, GaN può anche recuperare le perdite di questo circuito, riducendo ulteriormente la figura di rumore. In secondo luogo, il GaN LNA ha un'uscita superiore terzo ordine punto di intercetta (IP3) che l'GaAs PHEMT, che migliora la linearità e la sensibilità del ricevitore. Uno dei principali motivi per GaN di avere questo vantaggio rispetto ai processi GaAs è la sua tensione di rottura intrinsecamente alto. Quando la LNA è sovraccarico, guasto gate-drain può causare il guasto. composizione tipica per tensioni dispositivi GaAs PHEMT nell'intervallo da 5 a 15 V, limitando notevolmente la potenza di ingresso RF massima che questi possono sopportare LNA, mentre la gamma tensione di rottura del processo GaN può essere esteso a 50 a 100V, consentendo livelli di potenza di ingresso elevati. . Inoltre, una tensione di rottura superiore consente al dispositivo GaN essere polarizzato a tensioni operative elevate, che si traduce direttamente in una maggiore linearità. Abbiamo imparato come massimizzare i benefici di Gan e creare LNA avanzate con la cifra di rumore più basso e una elevata linearità ed elevata capacità di sopravvivenza. Pertanto, GaN è la tecnologia LNA preferito per tutti i sistemi di ricezione ad alte prestazioni, specialmente quando i requisiti di immunità sono estremamente elevate.

Tutto sommato, La tecnologia GaN è diventata una forza importante nel settore / microonde RF. In futuro, come la comunicazione 5G matura, il suo ruolo sarà ulteriormente ampliata. Anche se GaN e PA vanno di pari passo, non si deve perdere di vista il lavoro del settore di sviluppare LNA con questa tecnologia. Ora è il momento di investire energie e risorse per lo sviluppo di GaN, perché il suo futuro è molto luminoso.

A proposito di Xiamen Powerway avanzata Material Co., Ltd

Trovato nel 1990, Xiamen Powerway avanzata Material Co., Ltd (PAM-Xiamen), leader nella produzione di wafer epitassiali VCSEL in Cina, la sua attività coinvolge copertura materiale GaN substrato GaN, GaN wafer epitassiale.

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