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  • |  帖子(4)   |   本网技工(120)   |  发消息
  • 2018-06-12 11:10
主题:  射频半导体有关的氮化镓技术领域
关于射频半导体有关的氮化镓技术领域应用,目前就普遍认为的客观情况来说,氮化镓的成本相比主流硅基的LDMOS或者Bipolar来说略高,此外在工艺技术方面,目前氮化镓的工艺参数还没有达到最先进的工艺,这也限制了其工作特性,大部分氮化镓无法支持5G高频频段,这也是需要改进的地方。

为了把氮化镓技术扩展到更大领域,需要更进一步的产业链变革,根据MACOM无线产品中心资深总监成钢的阐述,为此不久前MACOM也已和意法半导体签署了协议,根据协议,意法半导体将为MACOM制造硅上氮化镓射频晶片,除扩大MACOM的货源外,该协议还授权意法半导体在手机、无线基站和相关商用电信基础设施以外的射频市场上制造、销售硅上氮化镓产品。
利用意法半导体成熟的CMOS工艺来制造氮化镓,和传统的利用近似砷化镓的工艺制作,差距是巨大的,会对整个成本架构产生根本性改变,因为目前氮化镓晶圆的极限尺寸是8寸,但是到了CMOS主流工艺之后,甚至可以在12寸晶圆上制造氮化镓,成本下降不可同日而语,工艺的根本性改变需要进行大量投入,以确保良率等提升。

器件的物理特性决定了应用,氮化镓高禁带电压比较高,支持更高的频率,因此可应用于高压高功率和宽带宽的场合。理论上来说,现有的采用传统工艺的射频微波应用,氮化镓都可以有一席之地。但如果考虑到短时间内的话,大功率放大器,大功率开关以及高频微波级别的功率应用上,将有它的独特优势,包括功率放大器、开关、限幅器等。同时在低功率应用中,包括传统的低噪声放大器、手机放大器、电源转换等应用场合中,氮化镓同样是适合的。
从客户的接受程度或者说实际使用上来说,目前氮化镓已相对成熟,尤其是在基站、工业甚至军品、雷达等应用中,对于可靠性一致性要求比较高,都已接受氮化镓技术。实际上20世纪90年代,硅基氮化镓就应用在美国军用电台中,累计出货量超过一百万片,至今没有一片出问题。

在实际案例中,硅基氮化镓相比碳化硅基氮化镓在线性度上有更好的表现,更加适合对基站的复杂信号进行数字调制。在产能方面,因为碳化硅基由于其材料特性不支持更大晶圆,因此在供货和价格上,硅基氮化镓的优势会逐步积累。因为氮化镓拥有更高的饱和功率,所以当作低噪声放大器使用时,适合雷达等应用领域,可以省略掉限幅器,限幅器的主要作用就是防止高功率干扰信号对放大器带来损失。所以简化的系统噪声系数会好于砷化镓产品,除此之外混频器等应用中,更好的动态范围也比砷化镓更合适。这些材料结构本身的优势,如果要体现出价值的话,就需要结合客户的具体需求。另外由于微波射频的加热性,氮化镓可用在更多的工业领域中,包括射频厨具、射频烘干机、射频照明、射频肿瘤治疗、火花塞甚至智慧农业照明中。同时微波射频具有更精准的控制特性,因此可以实现更好的能效比以及更好的方向性等特点。


从未来的发展来看,目前在整个基站信号链路中,PA成本大概要占据40%,因此PA的成本直接影响到整个系统成本。除了通过产能提升降低成本之外,大规模的整合集成也是未来的需求,尤其是针对5G MIMO所对应的64甚至128链路而言,集成度是关键所在。未来CMOS制程的硅基氮化镓MMIC一定会有市场潜力,因为砷化镓MMIC的频率将无法满足需求。氮化镓技术最开始是由美国军方引入,当时主要是采用碳化硅基的产品,所以硅基市场目前处于小众市场,***商不多。原来硅能够体现的一些优势,包括集成度和成本,在氮化镓市场好像不太容易听到,但随着市场接受度逐渐提高,目前这个局面正在改变,硅机氮化镓优势将会慢慢体现出来。