現時点では、窒化ガリウム（GaN）技術は、もはや電力の用途に限定されず、その利点は、RF /マイクロ波業界の隅々に浸透しており、RF /マイクロ波の産業への影響が成長している、と過小評価すべきではありません、それはスペース、セルラー通信アプリケーションへの軍用レーダーから使用することができますので。

GaNは、多くの場合、電力増幅器（PA）と高度に相関しているが、他のユースケースを有しています。 発売以来、GaNの開発はめざましく、および5G時代の到来と、それはもっと面白いかもしれません。

レーダーと宇宙でのGaNの役割

GaN技術の二つの変種があります 窒化ガリウム・オン・シリコン （のGaNオンSi）と 窒化ガリウム・オン・シリコンカーバイド （GaN系上のSiC）。 ダミアン・マッキャン、Microsemi社のRF /マイクロ波ディスクリート製品部門のエンジニアリングのディレクターによると、GaN系の-SiCは宇宙や軍事レーダーアプリケーションに多大な貢献してきました。 今日では、RFエンジニアは、GaNオンのSiCを利用するために、新しいアプリケーションやソリューションを探しています。 パワーと効率、性能の増え続けるレベルは、特にスペースおよび軍用レーダー・アプリケーションで、デバイスによって達成します。

GaNは高硬度、機械的安定性、熱容量、熱放射および熱伝導性、及び良好サイズ、重量、および電力（SWAP）効果のためのより良い設計に非常に低い感度を有するワイドバンドギャップ半導体材料です。 また、GaN系の-SiCはさらに低い周波数で、多くの競合技術を上回る参照してください。

システム設計者は、GaN-上-SiCの技術の恩恵を受ける。 PAM-厦門 医師ビクターは、熱的に結合し、高度のGaNオンのSiCとの組合せで、積層技術を統合し、システム設計者は、特に、同じ物理的面積の多くをカバーするためにメインレーダーを拡張するために、より高い集積度を求めることを可能にすると説明しました。 バンドにおいて、二次レーダ機能が追加されます。 宇宙用途では、GaN系の-SiCの実現可能性は、最近特に、GaNの効率がより高い周波数で動作する能力と相補的である用途では、増加しています。 ミリ波（ミリ波）のGaNのパワー密度は、補償のより高いレベルを見つけるために使用することができる設計技術の新しいセットをもたらします。 解決策は、電力と電力補償におけるリニアリティを超え、かつ、電力制御を必要とする必要があります。 または可変のVSWRレベルに実行します。 彼はまた、GaN系の-SiCの技術は古いクライストロン技術を置き換えることができることを指摘しました。 軍用及び商業宇宙用途におけるアクティブ電子走査アレイ（AESAの）とフェーズドアレイ成分の人気はまた、偶数のGaNオンのSiCベースのモノリシックマイクロ波集積回路（MMIC）のために、電力の新たなレベルに達すると予想され、彼は言いました。 いくつかのケースでは高齢化クライストロン技術を交換してください。 しかし、資格を0.15ミクロンのGaNオンSiCウェハファウンドリの限られた数は、市場で希少資源であり、さらに投資が必要です。

GaNと5G通信

GaN技術は、スペースやレーダー用途に限定されるものではありません。 これは、セルラー通信の分野で技術革新を推進しています。 GaNは、今後5Gネットワ​​ークでどのような役割を果たしているのでしょうか？

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-厦門は、GaN上のa-Siを開発する大手企業や研究機関と協力しています。 まず、均一な厚さと均一な構造組成のエピタキシャル層は、典型的には、超格子を含むウエハ全体にわたって堆積されなければなりません。 お客様は、デバイス特性を最適化するために鋭いインタフェースを使用して、正確なインターフェース制御を必要とします。 効果的に特定の層に例えばMg及びFeのようなドーパントを組み込むために、ゼロメモリ欠陥を有することも望ましいです。 これらのニーズに応えて、枚葉TurboDisc技術は、ウェハあたりのエピタキシャル成長のコストを削減しながら、主要な不純物制御や組成の均一性を提供し、トランジスタの性能、RF損失、高調波歪み、およびデバイスの信頼性の課題に取り組みます。 これは、高品質バッファ成長及びそのようなドーパントを組み込む能力を達成するために、PropelのMOCVDシステムの薄膜蒸着制御を利用することによって達成されます。 関連ツールやプロセスはまだ生産能力を高めるために成熟する必要があるとして、窒化ガリウムのa-Si-上とGaNオンSiCの市場規模は小さく、課題が残ります。 しかし、5Gアプリケーションのプロセスおよび技術改善で、ユースケースを続けます。 サージは、開発のための巨大な可能性を秘めています。

GaN系低雑音増幅器：パワーアンプを越えて

RF /マイクロ波用途では、GaN技術は、多くの場合、パワーアンプに関連しています。 PAM-厦門は、GaNは、GaN技術に基づく低雑音増幅器（LNA）を開発することによって、他のユースケースを持っていることが実証されています。 私たちはしばしば聞かれますのGaAsのpHEMT LNA技術は非常に成熟し、広く使用されています。 なぜマイクロ波周波数でのGaN HEMTのLNAのシリーズを開発したのですか？ 理由は簡単です：GaNはちょうど低ノイズ以上のものを提供しています。

まず、GaNはより高い入力電力生存を有しており、大幅に、典型的にはGaAsからのpHEMTのLNAに関連付けられたフロントエンドリミッタを低減または排除することができます。 リミッターを排除することによって、GaNはさらに雑音指数を減少させる、この回路の損失を回復することができます。 第二に、GaN LNAは、受信機の線形性および感度を改善するのGaAs pHEMTの、より高い出力3次インターセプトポイント（IP3）を有します。 GaNはGaAsのプロセスを介してこの利点を持っている主な理由の1つは、その本質的に高い絶縁破壊電圧です。 LNAが過負荷になると、ゲート・ドレイン耐圧は、障害を引き起こす可能性があります。 典型的な内訳は用電圧 GaAs pHEMTのデバイス 5から15 Vまでの範囲、のGaNプロセスのブレークダウン電圧の範囲は、より高い入力電力レベルを考慮して、100V 50に拡張することができるが厳しく、これらのLNAが耐え得る最大RF入力電力を制限します。 。 加えて、より高いブレークダウン電圧が高い線形性に直接変換され、GaNデバイスは、より高い動作電圧でバイアスされることを可能にします。 私たちは、GaNの利益を最大化し、最低の雑音指数と高い直線性と高い生存率と高度のLNAを作成する方法を学びました。 したがって、GaNは免疫要件が非常に高い場合は特に、すべての高性能受信機システムのための好ましいLNA技術です。

概して、 GaN技術 RF /マイクロ波産業における主要な力となっています。 5G通信が成熟するにつれて将来的には、その役割はさらに拡大していきます。 GaNとPAが手をつないで行くけれども、一つは、この技術を使用したLNAを開発し、業界の仕事の視力を失うべきではありません。 今、その未来は非常に明るいですので、GaNの開発にエネルギーや資源を投資する時間があります。

アモイPowerwayアドバンストマテリアル株式会社について

1990年に発見、アモイPowerwayアドバンストマテリアル株式会社（PAM-厦門）、中国のVCSELエピタキシャルウェーハの主要メーカーは、その事業がカバーするGaN材料を含み、 GaN基板、 GaNエピタキシャルウェーハ.

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