更高功率:GaN 上的电子具有高饱和速度(在非常高的电场下的电子速度)。结合大电荷能力,这意味着 GaN 器件可以提供更高的电流密度。RF 功率输出是电压和电流摆动的乘积,因此更高的电压和电流密度可以在实际尺寸的晶体管中产生更高的 RF 功率。在4GHz以上频段,可以输出比GaAs高得多的频率,特别适合雷达、卫星通信、中继通信等领域。
更高效率:降低功耗,节省电能,降低散热成本,降低总运行成本。
更大的带宽:提高信息携带量,用更少的器件实现多频率覆盖,降低客户产品成本。也适用于扩频通信、电子对抗等领域。
另外值得一提的是,GaN-on-SiC 器件具有出色的热性能,这主要归功于 SiC 的高导热性。实际上,这意味着 GaN-on-SiC 器件在耗散相同功率时不会像 GaAs 或 Si 器件那样热。“较冷”设备意味着更可靠的设备。
4、与第二代半导体材料GaAs相比优势明显
GaN 器件的功率密度是砷化镓(GaAs)器件的十倍。GaN 器件的更高功率密度使其能够提供更宽的带宽,更高的放大器增益和更高的效率,这是由于器件外围更小。
GaN 场效应晶体管(FET)器件的工作电压可以比同类 GaAs 器件高五倍。由于 GaN FET 器件可以在更高的电压下工作,因此设计人员可以更轻松地在窄带放大器设计上实现阻抗匹配。阻抗匹配是以这样的方式设计电负载的输入阻抗的实践,其最大化从设备到负载的功率传输。
GaN FET 器件的电流是 GaAs FET 器件的两倍。由于 GaN FET 器件可提供的电流是 GaAs FET 器件的两倍,因此 GaN FET 器件具有更高的带宽能力。大部分的半导体器件对于温度的变化都是非常敏感的,为了保证可靠性,半导体的温度变化必须被控制在一定范围内。热管理对于 RF 系统来说尤其重要,因为它们本身能量损耗就比较高,会带来比较严重的散热问题。GaN 在保持低温方面有其独特优势,另外即使在温度较高的情况下,相比于硅其性能影响较小。例如 100 万小时失效时间中位数 MTTF 显示,GaN 比 GaAs 的工作温度可以高 50 摄氏度。
▲GaAs 与 GaN 的可靠性比较
与其他半导体(如 Si 和 GaAs)相比,GaN 是一种相对较新的技术,但它已成为高射频,高耗电应用的首选技术,如长距离或高端功率传输信号所需的应用 (如雷达,基站收发信台[BTS],卫星通信,电子战[EW]等)。