为什么 GaN 能够在当今这个技术驱动的环境下发挥越来越重要的作用。下面一起来看一下吧。
GaN ：可靠的技术
GaN 是一项久经考验的化合物半导体技术。自 20 世纪 80 年代以来，化合物半导体一直都是高性能应用中的主导微波集成电路 (IC) 技术。这是因为与简单的硅基半导体器件相比，它们可实现卓越的速度和功率组合。
化合物半导体由元素周期表中的两个或两个以上不同元素族组成，而简单的半导体器件则由硅 (Si) 等单元素组成。如图 2-1 所示，GaN 是其中一种化合物半导体，它将元素周期表的第三列和第五列元素组合在一起，因此被称为 III-V 化合物半导体。
图 2-1 ：简单半导体与 III-V 化合物半导体
这些 III-V 半导体可用于各种应用。在过去的四十年，砷化镓 (GaAs) 应用最为广泛，全球运行着数十亿个 GaAs IC。与 GaAs 相比，GaN 可实现更出色的速度和功率处理组合。在晶体管速度给定的情况下，GaN 具有出色的功率性能，因此能够在频率范围广泛的数千个应用中取代其他技术。
GaN 单芯片微波集成电路 (MMIC) 和分立式晶体管于 2000 年代后期首次投入生产，主要针对最高功率水平的固态应用。在毫米波 (mmWave) 应用中，GaN 已在更高的功率水平方面取代了 GaAs，与竞争技术中 MMIC 提供的功率水平相比，GaN 可在 Ka 频段实现数十瓦的功率。在较低的频率下（如 L 频段），GaN 晶体管可实现超过 1,000 瓦的功率！
正如我们在第 1 章中提到的，GaN 可以使用多种基板材料，如硅、碳化硅 (SiC)、GaN 和金刚石。GaN 可与高热导率基板（如 SiC）兼容，从而增强了其在高功率应用中的优越性。
体管 GaN 固有的材料属性如何创造卓越的射频晶
从概念上讲，使用 GaN 构建的场效应晶体管 (FET) 与使用其他半导体材料（如 GaAs、磷化铟 (InP) 或 Si）构建的使用栅极触点或节点的晶体管类似。如果为 GaN 射频 (RF) 器件，其实现通常是耗尽型高电子迁移率晶体管 (HEMT)。
耗尽型 HEMT 对栅电极施加负偏压。这样就切断了漏极和源极之间的电流。当施加的栅电压为零时，耗尽型 FET 设计为处于开启状态 ；可通过将栅极拉大阈值电压以下将其关闭。
GaN 器件由纵向材料结构和横向结构组成，前者定义了许多固有属性，后者实现了与材料结构的接触并电荷流的控制（参见图 2-2）。与其他 FET 一样，横向结构包括源极、漏极和栅极触点。通常，附近还有其他结构提供磁场控制，如图 2-2 中所示的源场板。
GaN 工艺选项解密
通过在晶体管速度、电流能力、击穿电压、效率和可靠性之间进行权衡， 可针对目标应用对 FET 进行优化。为满足不同 GaN 应用的需求，制造商 提供了频率和功率水平范围广泛的多种工艺技术。有了多个 GaN 工艺可供 选择，电路设计人员可以将特定的 GaN 工艺技术与应用进行最优匹配，从 而简化并加快设计。图 2-3 展示了 Qorvo 的系列 GaN 工艺技术，这些技 术旨在适应多个市场领域的各种应用。
图 2-3 ：AB 类性能的 Qorvo GaN 工艺技术选项。
例如，功率非常高的应用（如工作频率为 2 GHz 的 1 kW 晶体管）将受益于具有较高击穿电压的 GaN 工艺，因为它提高了工作电压和射频功率密度。工作电压的提高也会提高输出效率。这是提高接入电阻和降低晶体管速度之间的权衡。Qorov GaN50 工艺能够在 65 V 的电压条件下运行，同时也具有这些优势。
毫米波功率放大器 (PA) 应用（如工作频率为 30 GHz 的 20 W MMIC）要求使用能够在高频率条件下提供较高增益的高速器件。器件设计的权衡将有利于缩短栅极长度，最小化接入电阻，以及最大限度地提高电流容量。从而可以降低击穿电压和功率密度。Qorov GaN15 工艺能够在最高 28 V 的电压条件下运行，同时也具有这些优势。
在这两个示例中，GaN 器件提供了比其他技术更高的工作电压，从而展示了该技术固有的速度和电压优势。较高工作电压的优势不仅仅局限于 PA 电路，它还可以为整个系统带来好处。
例如 ：相位阵天线系统（GaN PA 的常见应用）可能需要数百或数千个单独的功率放大器。
这些天线阵列系统中的直流配电一直都是一大难题，因为电源会占据空间，增加重量，并引起直流电源损耗。但 GaN 具有较高的工作电压，可实现更低的直流电流和出色的尺寸、重量、功率和成本 (SWaP-C) 性能，以应对这些系统所面临的直流配电挑战。
好了，这里就给大家分享最基本的内容吧，应该够大家使用了，但是想看更多详细资料的朋友点击深入了解 GaN 技术。
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