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[導(dǎo)讀]氮化鎵并非革命性的晶體管技術(shù),這種新興技術(shù)逐漸用于替代橫向擴散金屬氧化物硅半導(dǎo)體(Si LDMOS)和砷化鎵(GaAs)晶體管技術(shù)以及某些特定應(yīng)用中的真空管。與現(xiàn)有技術(shù)相比,氮化鎵(GaN)的優(yōu)勢在于更高的漏極效率、

氮化鎵并非革命性的晶體管技術(shù),這種新興技術(shù)逐漸用于替代橫向擴散金屬氧化物硅半導(dǎo)體(Si LDMOS)和砷化鎵(GaAs)晶體管技術(shù)以及某些特定應(yīng)用中的真空管。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,氮化鎵(GaN)的優(yōu)勢在于更高的漏極效率、更大的帶寬、更高的擊穿電壓和更高的結(jié)溫操作,這些特點經(jīng)常作為推動其批量生產(chǎn)的重要因素,但在價格、可用性和器件成熟度方面還需加以綜合考量。

氮化鎵(GaN)適合的應(yīng)用有:

1. 無線通信應(yīng)用

• LTE(長期演進,0.7到2.6GHz)

• 3G BTS [基站] (0.8到2.7GHz)

• Wi-MAX (2.3 to 5GHz)

2. 國防應(yīng)用

• 雷達

• 電子對抗

3. 數(shù)據(jù)廣播應(yīng)用

• 有線電視(CATV)(小于1GHz)

• 衛(wèi)星通信(13GHz到14GHz)

• 甚小孔徑終端(VSAT)(12GHz到40GHz)

氮化鎵(GaN)器件市場預(yù)計在2007年會到達1600萬美元,其中的70%用于研發(fā)項目和技術(shù)評估。國防項目占其市場總額的11%,這在很大程度上歸因于美國國防部(DOD)或者美國國防部高級研究計劃局(DARPA)的合同,以及歐洲航天局(ESA)的研發(fā)合同。整體市場有望在2008年翻一番。

樂觀人士預(yù)計,到2012年,這一市場將增至1.7億美元,主要因為:

• 氮化鎵(GaN)全面進入3G基站市場,取代橫向擴散金屬氧化物硅半導(dǎo)體(Si LDMOS)。

• 國防市場保持熱度并繼續(xù)為新的氮化鎵(GaN)研發(fā)項目提供資金

• Wi-MAX產(chǎn)業(yè)廣泛采用氮化鎵(GaN)技術(shù),隨著2010年LTE網(wǎng)絡(luò)推出,這一情況進一步加強。

這種預(yù)測基于一個錯誤的假設(shè),即橫向擴散金屬氧化物硅半導(dǎo)體(Si LDMOS)和砷化鎵(GaAs)技術(shù)的發(fā)展停滯不前。在民用市場,橫向擴散金屬氧化物硅半導(dǎo)體(Si LDMOS)在價格和性能上可能會對氮化鎵(GaN)造成強有力的挑戰(zhàn),例如LTE和CATV市場,如果Wi-MAX繼續(xù)限定在3.5GHz子頻譜上,那么氮化鎵(GaN)在Wi-MAX市場前景黯淡。對于甚小孔徑終端(VSAT)應(yīng)用,砷化鎵(GaAs)在價格和性能上可能會對氮化鎵(GaN)造成強有力的挑戰(zhàn)。這些因素相結(jié)合,可能令2012年氮化鎵(GaN)市場的樂觀預(yù)計下降達50%。

氮化鎵(GaN)晶體管技術(shù)最有可能的長期客戶是國防市場和衛(wèi)星通信市場。這兩個市場目前正在全球資助研發(fā)項目,并且愿意支付額外經(jīng)費,確保氮化鎵(GaN)擁有更成熟的半導(dǎo)體技術(shù),從而獲得可靠的益處。預(yù)計國防市場的價值將2012年達到4000萬美元,而衛(wèi)星通信市場的估值在100萬美元。

公布的氮化鎵(GaN)器件性能

在MTT-S國際微波研討會(IMS 2008)上,許多公司都宣布經(jīng)過證實的性能記錄,作為當(dāng)今器件基準(zhǔn):

這些記錄是:

1. RFMD推出了400W、2.9到3.5GHz的氮化鎵(GaN)高電子遷移率晶體管(HEMT),用于雷達系統(tǒng)中的批量發(fā)射機。該公司宣稱其在200C結(jié)溫下的可靠性為1E6小時,特別適合用于替換行波管的固態(tài)設(shè)計。

2. 東芝推出了一系列50W X頻帶窄帶器件,其工作頻率在8到12GHz的頻帶范圍內(nèi)。東芝還推出了用于衛(wèi)星通信的50W Ku頻帶器件,采用14.0GHz到14.5GHz 的頻帶。東芝宣稱其2010年產(chǎn)品研發(fā)路線圖包括推出一個150W C頻帶器件,一個100W X頻帶器件,一個100W Ku頻帶器件和一個10W Ka頻帶器件(18到 42GHz)。

3. 松下宣布針對未來毫米波通信系統(tǒng)的接收機開發(fā)氮化鎵(GaN)集成電路(IC)。已經(jīng)開發(fā)出的放大器IC可在26GHz頻率下達到22dB的增益,在如此之高的頻率上,這個增益值創(chuàng)造了氮化鎵(GaN)類IC的世界記錄。

4. CREE公司宣稱實現(xiàn)了最高的漏極效率,即在500MHz到2.5GHz范圍內(nèi)對于90W的器件漏極效率可達55%。

來自CREE、Nitronex、RFMD和Eudyna這些關(guān)鍵廠商的現(xiàn)成商業(yè)器件性能可靠,并且針對低頻(小于6GHz)的國防應(yīng)用或窄帶無線通信應(yīng)用經(jīng)過優(yōu)化。有了適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合技術(shù),例如MILMEGA公司使用的技術(shù),它們展現(xiàn)出將來有能力在X頻帶和Ku頻帶建設(shè)高功率固態(tài)發(fā)射機結(jié)構(gòu),類似于目前在L、S和C頻帶使用的技術(shù)。

供應(yīng)鏈方面的考慮

美國的氮化鎵(GaN)公司,例如Nitronex和RFMD,在研發(fā)和工藝改進方面顯然從巨額的軍費預(yù)算投入中獲得了好處。Nitronex現(xiàn)在使用軍費資金解決目前的產(chǎn)能問題,并將這些資金特別用于提高產(chǎn)量。有趣的是Nitronex尚未實現(xiàn)盈利。

MILMEGA認(rèn)為由于國際軍火交易條例(ITAR)的限制,總是很難了解美國功率晶體管技術(shù)的當(dāng)前狀態(tài),但正是美國開發(fā)出最為合適的器件。

我們感興趣的是,作為氮化鎵(GaN)功率晶體管的使用者,作為歐洲的廠商,UMS利用自身與NXP以及其他廠家的關(guān)系,形成了氮化鎵(GaN)高電子遷移率晶體管(HEMT)的獨立來源,用于電子對抗應(yīng)用中新一代的電源模塊。

NXP被公認(rèn)為對于氮化鎵(GaN)市場的整體前景判斷最為清晰的公司之一。它指出對于世界上僅有的三家射頻氮化鎵(GaN)廠商而言,總會有足夠的業(yè)務(wù)。NXP預(yù)測,這些業(yè)務(wù)將均勻分配至亞洲、美國和歐洲——清晰表明,國家利益在氮化鎵(GaN)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中扮演著強有力的角色。

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