編者按：今天的第二篇是Yole公司和ResearchAndMarkets公司分別給出的關(guān)于功率器件和射頻半導(dǎo)體器件的市場預(yù)測，GaN在兩個領(lǐng)域都將呈現(xiàn)快速發(fā)展。歡迎查閱。

德國弗勞恩霍夫應(yīng)用固體物理研究所IAF的研究人員大幅提升了氮化鎵（GaN）基高頻晶體管在1-2 GHz頻率范圍內(nèi)的輸出功率：器件的工作電壓從50V翻倍至100V，功率附加效率（PAE）達到77.3％。

研究成果

晶體管的功率密度是在GHz范圍內(nèi)高功率應(yīng)用的最重要指標(biāo)之一，不僅決定了放大器模塊的大小，還在更大范圍上決定了系統(tǒng)的復(fù)雜性，而兩者決定了制造成本和所需的資源。有幾種增加晶體管功率密度的方法。IAF的研究人員選擇了增加工作電壓的方法：通過縱向和橫向縮放晶體管設(shè)計，他們在歐洲首次成功實現(xiàn)了適用于100V工作電壓應(yīng)用的高頻GaN晶體管，顯著提高GHz頻率范圍內(nèi)的功率密度。

實驗室測量結(jié)果

實驗室測量表明，在1.0GHz頻率下，功率密度超過17W/mm，PAE為77.3％。這是有史以來公開報道在此頻率范圍、100V電壓工作達到的最高功率附加效率。測試還表明，該技術(shù)在125V電壓的功率密度超過20W/mm。研究人員于2019年12月在舊金山舉行的國際電子設(shè)備會議（IEDM）上首次展示了他們的結(jié)果。

技術(shù)優(yōu)勢

兩倍的電壓可獲得更高的功率。該技術(shù)的主要開發(fā)者，F(xiàn)raunhoferIAF的Sebastian Krause解釋說：“將工作電壓從50V提升至100V，可以實現(xiàn)更高的功率密度，意味著系統(tǒng)可以在相同體積內(nèi)提供比市售50V或65V技術(shù)更大的功率。”。一方面，這使具有相同尺寸的系統(tǒng)具有更高的輸出功率。另一方面，可以創(chuàng)建更緊湊、更輕便的系統(tǒng)來提供相同的功率。Krause說：“通過將工作電壓加倍至100V，對于給定功率，晶體管顯示出四倍高的輸出阻抗。”這可實現(xiàn)更小和損耗更少的匹配網(wǎng)絡(luò)，進而使得整個系統(tǒng)的能源效率更高。

應(yīng)用--工業(yè)高功率系統(tǒng)

Krause解釋說：“我們發(fā)展的長期目標(biāo)是在10 GHz頻率下運行。”這將使基于弗勞恩霍夫研究所成為此類100V GaN基器件的第一來源。這項技術(shù)可實現(xiàn)具有更高功率的高效放大器，滿足等離子體產(chǎn)生、工業(yè)加熱，通信和雷達技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用，對于高性能應(yīng)用有重要意義，如粒子加速器、工業(yè)微波加熱器、移動電話放大器、脈沖和連續(xù)波雷達、等離子發(fā)生器的放大器。這些系統(tǒng)需要高輸出功率，同時又要保持較小的體積，這正是100 V技術(shù)可以提供的功率。例如，粒子加速器在研究、醫(yī)療技術(shù)和工業(yè)中起著重要作用。高頻等離子發(fā)生器用于半導(dǎo)體基芯片、數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)或太陽能電池生產(chǎn)中的涂層工藝。

應(yīng)用--功率半導(dǎo)體替代真空組件

另一個主要的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域是用于微波加熱的發(fā)電機。Krause說：“在該領(lǐng)域，工業(yè)通常在較高的頻率下工作，但目前主要使用真空組件，如磁控管或速調(diào)管。我們正在努力提供基于半導(dǎo)體的替代產(chǎn)品。半導(dǎo)體的體積更小，重量更輕，支持相控陣等。”

長期以來，基于電子管的組件（如行波管）一直主導(dǎo)著具有高輸出功率的電子系統(tǒng)。但是，發(fā)展正轉(zhuǎn)向功率半導(dǎo)體。Fraunhofer IAF的科學(xué)家認(rèn)為，基于GaN的100V技術(shù)可以為提高微波發(fā)生器輸出功率提供有效的替代方案。

信息來源

https://compoundsemiconductor.net/article/110810/High-frequency_GaN_Transistors_Achieve_Record_Efficiency