将GaN用于射频应用的所有优势

氮化镓 (GaN) 是一种宽带隙材料，在高功率射频 (RF) 应用中具有显着优势。与传统半导体（如硅）相比，氮化镓具有一些非常重要的物理和电学特性，包括：

• 高击穿电压；
• 高功率密度；
• 高工作和开关频率；
• 高效率;
• 优良的导热性。

与传统技术相比，氮化镓已被证明是射频领域多种应用的优质材料，其中可靠性、效率和减少吸收是基本要求。在制造过程中，氮化镓通常在高于 1000 °C 的温度下生长在由碳化硅 (SiC) 组成的衬底上（在射频应用的情况下），或在功率应用的情况下由普通硅组成的衬底上。迄今为止，基于 GaN-on-SiC 的技术使用最多，因为它结合了氮化镓的高功率密度和碳化硅的低功率损耗，还因为它解决了与热管理和寄生损耗相关的问题。GaN-on-Si 技术尽管成本较低，但热性能较差，RF 信号功率损失较大。

GaN的射频应用

尽管氮化镓通常与功率放大器 (PA) 等经典射频应用相关联，但这种创新材料还有许多其他重要应用。这些设备实现的功率和效率水平不断提高，使其具有吸引力，特别是在太空和军事领域的应用中（尤其是军用级雷达）。坚固性、出色的热性能、更小的重量和尺寸，使这种材料成为其他类型竞争技术的更好选择，即使在低频射频应用中也是如此。在军用雷达中，当在不同千兆赫的频段上运行时，氮化镓已被证明是制造固态发射器的理想解决方案，可替代基于速调管的传统技术。最新一代军用雷达，与电子扫描阵列 (AESA) 和相控阵模块一起工作，将极大地受益于基于 GaN-on-SiC 的单片微波集成电路 (MMIC) 的可用性。然而，GaN 技术的应用并不局限于航天领域和军用雷达。在电信领域，尤其是移动电话领域，这种材料用于创建各种创新解决方案，例如支持 5G 技术的解决方案。在射频放大器和相控天线阵列等特定应用中，基于氮化镓的组件正在逐步取代传统的基于硅的组件。GaN 的卓越特性证明是有效管理 6 GHz 以下频段和 20 GHz 以上频段（毫米波或 mmWave）的理想选择。

氮化镓射频器件

Wolfspeed拥有广泛的基于 GaN 的功率器件组合，例如CMPA2735075F, 75-W、2.7 – 3.5-GHz、GaN MMIC 功率放大器。该器件如图 1 所示，是一种基于氮化镓 (GaN) HEMT 的单片微波集成电路 (MMIC)。由于 GaN 与硅或砷化镓相比具有更高的击穿电压、更高的饱和电子漂移速度和更高的热导率，因此该器件特别适用于 S 波段（2.0 - 4.0 GHz）民用和军用脉冲雷达放大器. 与 Si 和 GaAs 晶体管相比，GaN HEMT 还提供更高的功率密度和更宽的带宽。该 MMIC 包含两级无功匹配放大器设计方法，可实现非常宽的带宽。该 MMIC 可在小尺寸、旋入式封装中实现极宽的带宽。

MACOM是用于电信、数据中心、工业和国防应用的半导体器件的领先设计商和制造商，拥有广泛的射频功率产品选择。一个例子是MAGx-011086，碳化硅上的 GaN 通用 HEMT 放大器，针对 DC – 6 GHz 操作进行了优化，采用用户友好的封装，非常适合高带宽应用。该器件设计用于饱和线性运行，输出功率为 4 W (36 dBm)，采用行业标准、低电感、表面贴装 QFN 封装。封装的焊盘形成共面发射，自然吸收铅寄生效应，并具有适用于空间受限应用的小型 PCB 轮廓。MAGx 晶体管采用最先进的晶圆制造工艺，可在宽带宽上提供高增益、高效率、高带宽和耐用性，以满足当今苛刻的应用需求，例如脉冲航空电子设备和雷达应用。

Qorvo是一家专门从事射频系统的半导体公司，在提供跨多个频率和功率级别的功率放大器 (PA) 解决方案方面有着良好的记录。如图 2 所示，TGA2312-FL是一款高功率放大器，工作频率范围为 9 至 10 GHz，通常提供 48 dBm 的饱和输出功率、38% 的功率附加效率和 13 dB 的小信号增益。TGA2312-FL 非常适合海洋和气象雷达，采用基于 CuW 的法兰封装，可实现出色的热管理。TGA2312-FL 采用 Qorvo 的 0.25um GaN on SiC 技术，可提供卓越的性能，同时保持高可靠性。此外，碳化硅衬底的使用提供了可靠的大功率运行所需的最佳热性能。

审核编辑：刘清