【无线射频芯片】-SiC上沉积的GaN技术

1/1SiC上沉积的GaN技术为什么GaN可以在市场中取得主导地位?简洁来说，相比LDMOS硅技术而言，GaN这一材料技术，大大提升了效率和功率密度。约翰逊优值，表征高频器件的材料适合性优值，硅技术的约翰逊优值仅为1，GaN最高，为324。而GaAs，约翰逊优值为1.44。确定地说，GaN是高频器件材料技术上的突破。

为了充分发挥GaN技术的优势，我们在SiC衬底上沉积GaN，应用低热阻材料进行封装。借助SiC的低热阻特性，通过把GaN热阻降到最低，能充分发挥GaN耐高温的特点—这是射频功率器件的重要参数。

我们即将发布的是高电子迁移率晶体管，能充分发挥GaN固有特性的功率管：高电子漂移速度。这些功率管是耗尽型器件，即器件总是在开启状态，不需要加栅压偏置。负的栅压偏置会把功率器件关断。这一负压偏置并不简单设计，但我们不仅供应器件，还供应解决方案，我们已有参考偏置电路，可以在器件的设计过程供应给客户。

两种材料的混合

从合成半导体角度,意识到现在我们所争论的是两种材料(SiC和GaN)的混合特别重要。SiC用作衬底，充分发挥了这一材质优良的温度传导性。GaN用作结，提高了效率和功率密度，另一方面也把频率提高到了LDMOS不能达到的范围。

在射频功率器件中，虽然是水平沟道，但电流会从衬底流向源极。因此，需要降低LDMOS器件衬底的阻抗。多数供应商用硅衬底制作8英寸(200mm)的晶圆。相反，很少供应商应用SiC材质，使用的供应商也正在由3英寸向4英寸的转化过程中。因此，现阶段SiC成本较高。但是这一成本提高，在性能优势上增加的优势更大：温度传导性5倍提高，电气失效方面9倍以上的提高?

在GaN外延层上构建结区，是GaN这一异质结构器件的特点，带来了电子漂移速度和击穿场强方面的优势。最大电子漂移速度(表征电子移动性的另一参数)为硅材质的三倍,结果是更的低Rds(on)和更小的栅长，因此也能工作在更高的功率密度下。

GaN更好的电子移动性和击穿场强,给需要低阻抗、高电压的应用市场开拓了新道路。在功率器件领域，我们将看到，比使用硅技术的LDMOS击穿场强高两倍，Vds偏置电压更高的GaN技术将得到应用。GaN的另外一个优势是能承受更高的温度。我们GaN器件额定的最高工作温度是250℃，而LDOMS为225℃。

GaN作为射频器件材料的优势是突出的，毋庸置疑的。需要证明这一点，请参考表1中，LDMOS和GaN两种材料的效率、功率密度对比。

从生产角度上来讲，仅做了特别少的流程改动，在CMOS工厂环境下就集成了LDMOS硅技术。这对于每年消耗数千个晶圆和数以百万计器件的市场来说，特别必要，而且也通过大规模经营达到了经济节省。如今，GaN只能在特定的工厂里进行流片生产，掩模数量也有限，要达到大规模经营经济还需要几年时间。

我们专注于给市场带来种类更齐全的产品。这也给客户供应了测试GaN是否适合各种应用的机会。但我们并不止步于GaN测试，今年我们将全面发布这一技术，供应系列产品和应用支持，关心客户将GaN用于大规模生产中。

CLF1G0530-50是恩智浦发布的第一个GaN产品。型号中，C代表使用的是GaN技术，F代表陶瓷封装，1G代表第一代GaN技术，0530代表工作频率从500~3000MHz，50代表50瓦P1dB功率的器件。这一命名方式也将沿用于我们以后发布的系列产品中。紧随其后，我们将发布100瓦和150瓦无内匹配的500~3000MHz宽频带产品，也将逐步完善并发布一些特定频率的型号。

通信基站是射频功率器件最大的市场应用，典型工作频率从各种低于1,000MHz的GSM应用，到2,700MHz的WCDMA、LTE应用，还包括直到3,800MHz的Wimax应用。近期，射频功率放大器已经从传统的AB类转换到了性能显著的Doherty结构。Doherty为混合功放，包括主功放和帮助功放两个功能部分，牺牲部分线性去取得了效率的提高，但是通过与数字型号处理技术的结合--数字预矫正技术的结合，基站设计可以同时取得高效率与高线性。

在2023年6月巴尔的摩的IMS/MTTS展会上，我们展现了2.7GHz的GaNDoherty演示板，应用三个无内匹配的宽频带GaN器件，取到了比LDOMS更优的功率密度和效率，也得到了业界的广泛关注。针对基站应用，下一步是增加匹配设计，估计2023年上半年将可以商用。

在这里特别有必要提到SiGe，另一广泛关