2017年4月20日

    镓(Ga)是一种原子序数为31的化学元素。镓在自然界中并不自由存在。相反,它是锌和铝生产过程中的副产品。

    氮化镓化合物由镓和氮原子组成,通常排列在纤锌矿晶体结构中。纤锌矿晶体结构(如下图所示)为六角形,由两个晶格常数(标记)表征一个c图中)。

    GaN晶体结构

    GaN晶体结构

    在半导体领域,GaN通常通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)技术在外部衬底(用于射频应用的碳化硅[SiC]或用于电力电子应用的硅[Si])上在高温(约1100℃)下生长。

    GaN-on-SiC方法将GaN的高功率密度能力与SiC的优越导热性和低射频损耗相结合。这就是为什么GaN-on-SiC是高功率密度射频性能的首选组合。今天,你可以得到GaN-on-SiC衬底直径可达6英寸

    GaN-on-Si组合具有更差的热性能和更高的射频损耗,但更便宜。这就是为什么GaN-on-Si是对价格敏感的电力电子应用的选择组合。今天,你可以得到直径达8英寸的GaN-on-Si衬底。

    那么,为什么GaN在射频应用中表现优于其他半导体呢?

    与硅和砷化镓等其他半导体相比,氮化镓是一项相对较新的技术,但它已成为高射频、高功耗应用的首选技术,如需要远距离传输信号或在高端功率水平(例如雷达基本无线电收发站卫星通信电子战(EW)等等)。

    GaN-on-SiC在射频应用中的突出表现有以下几个原因:

    1. 高细分领域:由于GaN的带隙大,GaN材料具有高的击穿场,这使得GaN器件能够在比其他半导体器件高得多的电压下工作。当受到足够高的电场时,半导体中的电子可以获得足够的动能来打破化学键(这个过程称为碰撞电离电压崩溃).如果不控制冲击电离,它会降低设备的性能。因为氮化镓器件可以在更高的电压下工作,所以它们可以用于更高功率的应用。
    2. 高饱和速度:GaN上的电子具有较高的饱和速度(电子在非常高的电场中的速度)。当与大的充电能力相结合时,这意味着GaN器件可以提供更高的电流密度。

      射频功率输出是电压和电流波动的乘积,因此在实际尺寸的晶体管中,更高的电压和电流密度可以产生更高的射频功率。简单地说,氮化镓器件可以产生更高的功率密度。
    3. 优秀的热性能:GaN-on-SiC器件表现出优异的热性能,主要是由于SiC的高导热性。在实际应用中,这意味着当消耗相同的功率时,GaN-on-SiC器件不像GaAs或Si器件那样热。“更冷”的设备意味着更可靠的设备。

    要了解更多关于氮化镓的信息,包括氮化镓高功率密度的好处,请下载我们的电子书,GaN射频假人技术

    -摘自John Wiley & Sons, Inc.的许可GaN射频假人技术。

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