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GaN:适合5G应用的高频衬底材料(5)

时间:2018-12-21 作者:Busy Blogger 阅读:
增长驱动因素包括对虚拟现实(VR)和增强现实(AR)等低延迟要求设备不断增长的需求,以及对智能手机和平板电脑等现有智能设备的高速连接需求的持续增长。此外,5G还将催生大量新的网络应用,包括自动驾驶和大规模M2M通信,以及关键的物联网应用等。

该系列文章专注于GaN这种集成电路衬底材料,它在很宽的频带范围内都表现出卓越的性能,特别适合超高速数据传输应用,比如新的5G通信:

“尽管对增长率的预测可能有很大差异,但大多数5G通信供应商都认同,5G基础设施市场在部署前后会非常迅速地增长。增长驱动因素包括对虚拟现实(VR)和增强现实(AR)等低延迟要求设备不断增长的需求,以及对智能手机和平板电脑等现有智能设备的高速连接需求的持续增长。此外,5G还将催生大量新的网络应用,包括自动驾驶和大规模M2M通信,以及关键的物联网应用等。固定宽带服务的最后一公里交付也为5G技术提供了早期试验基地,包括毫米波频率。即使在4G基站中,由于GaN具有更高的效率、功率密度和线性度,尤其是硅基GaN技术的商业化发展已经将成本降低到与传统LDMOS器件相当的水平,因此它已迅速取代以前由LDMOS器件实现的功能。据Wolfspeed估计,大约有40%4G无线设备已经在发射器PA中使用GaN器件。专为5G开发的更为复杂的技术,包括大规模MIMO和波束成形等,更让GaN技术成为6GHz以下频率基站功率放大器的首选器件技术,有几家化合物半导体器件供应商已经为此应用推出了5G就绪产品。英飞凌和三菱在欧洲微波周上均发布了针对5G应用的3.5GHz候选频段的GaN HEMT系列晶体管。”(资料来源:Innovate UK

英飞凌HEMT GaN晶体管代表了GaN技术在电子元器件中实施的一个成功案例(见图1):

“氮化镓(GaN)具有硅无法企及的优势。特别是它具有更高的临界电场,而使其对功率半导体器件非常有吸引力,而且它具有非常好的导通阻抗和比硅开关更小的电容,因此使得GaN HEMT(高电子迁移率晶体管)特别适合高速开关。英飞凌CoolGaN™技术旨在充分利用GaN的优势,我们的400V600V CoolGaN™增强型HEMT适用于消费和工业应用,如服务器、电信、无线充电、适配器和充电器等,并且远远超出现有标准。英飞凌的增强型GaN HEMT基于当前市场上最强性能的概念,400V600V CoolGaN HEMT专注于高性能和高稳健性,可提升许多应用领域中各种系统的价值。

GaN晶体管是如何工作的?英飞凌CoolGaN™采用p-GaN栅极结构,与具有增强型栅极驱动偏置的传统硅MOSFET类似。当施加正栅极电压时,电子会累积,并在漏极和源极之间的横向二维电子气(2DEG)层中形成一个低电阻沟道。与具有PN结体二极管的硅MOSFET不同,GaN器件将反向电流作为一种开关状态来传导,从而消除了作为开关噪声主要来源的反向恢复电荷。”(资料来源:Infineon.com

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图1:英飞凌的CoolGaN技术(资料来源:Infineon

GaN在各种频率下的出色表现使得这种材料非常适用于D类放大器,如图2所示。

gan5-2.jpg

2:英飞凌D类放大器解决方案的优势(来源:《Class D Audio 400V emode CoolGaN HEMTs - Application BrochureD类音频400V增强型CoolGaN HEMT应用手册)》)

您是否相信GaN有潜力成为通信应用中高性能电子器件的衬底材料?

本文为《电子技术设计》12月刊杂志文章。

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
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