窒化ガリウム半導体

GaN系ステロイドの化合物半導体です！ あなたが10ワットの部品を作ることができればGaAsの特定の周波数では、おそらく現在GaNで100ワットの部品を作ることができます。

窒化ガリウムはマイクロ波パワーアンプの未来であり、GaAsはその半減期を超えています。 ダイあたりのドルの点でより高価なGaNは、はるかに高い電力密度への道を提供し、したがってワットあたりのドルがより安くなります。

GaNでは100ボルトの絶縁破壊電圧が可能ですが、同等のGaAs製品では7〜20ボルトです。 これで、最大28ボルトの動作が認定された部品を購入できますが、最大48ボルトでグースして、完全なGaNエクスペリエンスを体験できます。 この新しい技術に参加するために、一部のMMICファウンドリでは、高電圧コンデンサや抵抗器などの補助的なものや裏面プロセスが開発されています。

GaNデバイスは通常、高電子移動度トランジスタであり、ファンシーバージョンのMESFET。 GaNデバイスは、ディスクリートまたはモノリシックのいずれかです。

GaNの別のニッチなアプリケーションが登場しました：堅牢な低ノイズアンプ。 GaNはLNAに優れた雑音指数を提供でき、GaAs LNAよりもはるかに高い電力レベルに耐えることができます（おそらく20 dB倍！）将来のシステムでは、LNAの前にあるリミッターを排除することを真剣に検討できます。モジュールのサイズを決定し、kを失うことで雑音指数をさらに低減して、米国が今後10〜2年間軍事プログラムで技術的優位性を維持できるようにします。 大きなDARPAプログラムはWBGS-II（ワイドバンドギャップ半導体用）と呼ばれ、3つのチームはPAM-厦門/ロッキード、レイセオン/クリー、ノースロップグラマン。 ここではこれ以上の説明は表示されません。データはITARに制限されています。

しかし、米国がGaN技術が一国でのみ顕著になると考えている限り、それはヨーロッパアジア、さらにはカナダにまで広がっています。 技術を検討している場合は、必ずサプライヤーに信頼性データを求め、注意深く調べてください。

GaN基板材料

なぜネイティブなのか窒化ガリウム（GaN）ウェーハは実用的ではありませんか？ 窒素は室温で気体であり、ガリウムは固体であることを思い出してください…では、どうしてこの2つは液体状態で存在し、強制的に固化して均一な結晶になるのでしょうか。

GaNの基板は、炭化ケイ素、サファイア、またはシリコンのいずれかです。 分子線エピタキシー（MBE）または有機金属化学蒸着（MOCVD）を使用して、これらの不一致の基板上にGaN結晶を整列させるには、高価な錬金術が必要です。 4インチ（100mm）SiC基板GaN-on-SiCで利用可能になりつつあり、シリコンウェーハ上の4インチのGaNも、6インチ（150mm）以上の成長経路で利用可能です。 ほとんどのMMIC処理ラインは、100mmまたは150mmウェーハ、あるいはその両方を処理できますが、すぐに200mmに向かって進む市場はありません。 シリコンウェーハは汚れが安い（直径200mmで10ドル）のに対し、炭化ケイ素ウェーハは現在、わずか100mmで100倍のコストがかかります。 サファイアはここ数年で道端に落ちたようです。

炭化ケイ素は優れたヒートシンクであり、最高の金属（室温付近で350 Wm / K）と同様の熱伝導率を備えています。 シリコンははるかに低いため（室温で40 W / mK）、熱を効率的に拡散しないため、特定の電力密度ではチャネル温度が高くなります。

ディスクリートデバイスだけでなくMMICを作成したい場合、シリコンは、半導体と同じように、最も一般的な形式で伝導するため、非常に不利になります。 したがって、通常の低抵抗率シリコン（LRS）を使用し、その上にマイクロストリップ伝送ラインを印刷すると、相互接続の損失は、トランジスタから得られるゲインを超え、膨大な時間の浪費になります。 シリコンMMICを作成するために、数百または数千オームセンチメートルまで騙された高抵抗シリコン（HRS）を取得できます。これにより、Tラインに測定可能な損失が追加されますが、設計できる可能性があります。便利な商品です。 HRSは、最大6インチ（150 mm）の直径で利用可能であり、当面はSiCよりも製造コストが有利になる可能性があります。

HRS上のGaNMMICには、さらに悪いニュースがあります。基板の抵抗率の均一性は不完全であり、通常、ウェーハ全体で1桁変動します。 これにより、最終的には、シリコン上のGaNのMMICで、SiC上のGaNよりも広いゲイン変動が得られます。 また、気を付けないと、ウェーハ処理時にシリコンの抵抗率が低下します。 そして最後に、200℃前後でHRS基板の高抵抗特性が低下し始めるので、200℃のチャネル温度に耐えられる半導体技術を発明したとき、基板の伝導効果を避けるために175に戻す必要があります。 ただし、ディスクリートデバイスのみに関心がある場合は、シリコン上のGaNの経済性を考慮してください。

最大チャネル温度

GaNは200Cのチャネル温度で動作できます（150Cは、1,000,000時間の動作で通常見積もられるGaAsの限界です）。 2 GHz未満では、炭化ケイ素技術と競合する、基地局アプリケーションで使用されるGaNが見られると予想されます。 より高い周波数のGaN製品は軍隊によって開発され、複数のサプライヤーがミリ波周波数でさえパワーアンプを報告しています。

ファウンドリの例：

Cree（SiC上のGaN）

Nitronex（シリコン上のGaN）