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5G带来射频器件难题 GaN对比LDMOS和GaAs优势明显

TIME:2019-05-31   click:

  既然GaN PA具备能处理 50GHz或以上的毫米波频率的优势,是否意味着LDMOS将被替代?杨嘉对此表示:“与之前的半导体工艺相比,GaN的优势在更高的功率密度及更高的截止频率。在5G高集成的Massive MIMO应用中,它可实现高集化的解决方案,如模块化射频前端器件。在毫米波应用上,GaN的高功率密度特性在实现相同覆盖条件及用户追踪功能下,可有效减少收发通道数及整体方案的尺寸。实现性能成本的最优化组合。不过LDMOS会在一段时间内与GaN共存的,特别是针对低频应用,如2GHz以下的应用场景,LDMOS还有它存在的市场。” 成钢同样表示:“5G技术涵盖从低频(约几GHz)到高频(毫米波)的范围。目前有两种主流技术能够实现完整5G实施方案所需的高频性能:砷化镓和硅基氮化镓。与砷化镓相比,硅基氮化镓可实现优异的高频性能,主要体现在功率密度更高(因此器件更小)以及效率更高。很显然,在这些尺寸受限的应用中,随着技术不断发展,硅基氮化镓将在高频解决方案领域起主导作用。在低频领域,硅基氮化镓正在与LDMOS竞争,其中硅基氮化镓能够在量产时以同等成本结构提供优异的性能。“

  需要指出的是,由于缺乏低成本GaN体衬底,太阳2注册GaN被外延生长在各种基底上,最常见的是碳化硅(SiC)和硅,Qorvo的GaN射频器件目前采用碳化硅基氮化镓(GaN-on-SiC)。杨嘉表示:“相对于硅衬底来说,碳化硅衬底具有更好的热传导特性,这使得在同样大小的封装里,基于碳化硅的GaN放大器可以输出更高的功率,从而使器件具备更好的可靠性。并且在相同输出功率的条件下,碳化硅衬底良好的热传导性可考虑进一步缩小封装尺寸,从而降低器件的整体成本。我个人更看好基于碳化硅的制造工艺,目前业界超过95%商用的GaN RF器件在采用此工艺。Qorvo目前采用的是基于碳化硅衬底的工艺。”

  无论是采用GaN-on-Si还是GaN-on-SiC,GaN的优势都能够在5G应用中得到体现,但GaN是否会面临高压特性不理想的问题?杨嘉指出:“GaN工艺射频特性其实降低了功放管内外匹配的设计难度。太阳2官网我司的48V GaN25HV工艺射频特性已远高于常规LDMOS的特性,不存在高压特性的不理想的问题,GaN的工艺上的栅极负压特性,还需在应用中严格遵守上下电时序要求。GaN会存在trapping效应,这是工艺自身特性,需要在应用层面解决。”

  除了trapping效应,成钢指出GaN器件的功耗挑战,他表示:“数十年来,MACOM一直致力于设计毫米波器件。采用硅基氮化镓技术不会改变开关或放大器的基本设计方法。就放大器而言,与基于砷化镓的设计相比,硅基氮化镓能够在更高的漏极电压下工作,可简化阻抗匹配过程。面临的挑战是器件的功耗。由于器件具有非常高的功率密度(有利于输出功率),因此还具有较高的功耗密度,为热管理带来了挑战。为了有效地设计,需要完整的电热模型。设计人员必须关注完整的解决方案(包括器件、封装和客户系统),以确保成功实现热管理。”(责编:振鹏)

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