GaN是如何应对5G带来的挑战的?

分享到:

如今,电子业正迈向4G的终点、5G的起点。 后者发展上仍有不少进步空间,但可以确定,新一代无线电网络势必需要更多组件、更高频率做支撑。对此,市研机构Yole发布的「2017年RF功率市场与科技报告」指出,RF功率市场可望以将近二位数的年复合成长率(GAGR)迅速成长;同时,氮化镓(GaN)将逐渐取代横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS),成为市场主流技术。

1

不同材料的能隙与击穿电压对比

现行GaN功率元件以GaN-on-SiC及GaN-on-Si两种晶圆进行制造,其中GaN-on-SiC强调适合应用在高温、高频的操作环境,因此在散热性能上具优势,其以5G基地台应用最多,预期SiC基板未来在5G商用带动下,具有庞大市场商机。

典型GaN射频器件的工艺流程

典型的GaN射频器件的加工工艺主要包括如下环节:外延生长-器件隔离-欧姆接触(制作源极、漏极)-氮化物钝化-栅极制作-场板制作-衬底减薄-衬底通孔等环节。

2

外延生长

采用金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)方式在SiC或Si衬底上外延GaN材料。

器件隔离

采用离子注入或者制作台阶(去除掉沟道层)的方式来实现器件隔离。射频器件之间的隔离是制作射频电路的基本要求。

欧姆接触

形成欧姆接触是指制作源极和漏极的电极。对GaN材料而言,制造欧姆接触需要在很高的温度下完成。

氮化物钝化

在源极和漏极制作完成后,GaN半导体材料需要经过钝化过程来消除悬挂键等界面态。GaN的钝化过程通常采用SiN(氮化硅)来实现。

栅极制作

在SiN钝化层上开口,然后沉积栅极金属。至此,基本的场效应晶体管的结构就成型了。

场板制作

栅极制作完成后,继续沉积额外的几层金属和氮化物,来制作场板、互连和电容,此外,也可以保护器件免受外部环境影响。

衬底减薄

衬底厚度减薄至100μm左右,然后对减薄后的衬底背部进行金属化。

衬底通孔

通孔是指在衬底上表面和下表面之间刻蚀出的短通道,用于降低器件和接地(底部金属化层)之间的电感。

5G高频特性,GaN技术伸展空间巨大

目前基地台用功率放大器(Power Amplifier,PA)主要为基于硅的横向扩散金属氧化物半导体LDMOS技术,不过LDMOS技术仅适用于低频段,在高频应用领域存在局限性。

换言之,GaN优势在于更高功率密度及更高截止频率(Cutoff Frequency,输出讯号功率超出或低于传导频率时输出讯号功率的频率),尤其在5G多输入多输出(Massive MIMO)应用中,可实现高整合性解决方案,例如模块化射频前端元件,以毫米波(Millimeter Wave,mmWave)应用为例,GaN高功率密度特性可有效减少收发通道数及尺寸,实现高性能目标,然短期LDMOS会与GaN共存,主要原因在于低频应用仍会采用LDMOS,例如2GHz以下应用领域。

通常来说,采用GaN技术可降低天线阵列功耗,透过整合式多通道模块、3~6GHz及28/39GHz频段在射频前端产品的布局,更加强调高性能、低功耗、高整合度、高易用性等目标达成。

3

以Qorvo3月推出的GaN-on-SiC晶体管QPD1025来看,其无需结合放大器的复杂操作便可实现数千瓦的解决方案,能够大幅节省客户的时间和成本。与LDMOS相比,QPD1025的漏极效率有了显著提升,效率高出近15个百分点。

4

由于GaN具有更高功率密度特性,能实现更小元件封装,满足Massive MIMO和主动天线单元(Active Antenna Unit,AAU)技术下射频前端高度整合需求。目前GaN运用以5G基础设施(如基地台)为主,手机较难采用GaN技术。主要挑战包括:

(1)GaN成本高;

(2)GaN供电电压高;

无论如何,GaN已成为高频、大功耗应用技术首选,包括需高功率水平的传输讯号或长距离应用,例如基地台收发器、雷达、卫星通信等。Qorvo提供业内种类最多、最具创意的GaN-on-SiC产品组合,其产品具有高功率密度、小尺寸、增益出色、高可靠性和工艺成熟的特点,早在2000年就开始批量生产。

点击视频查看Qorvo如何在GaN-on-SiC毫米波FEMs上的发展创造了更高效, 更强大的基站,同时为5G无线基础设施的发展奠定了基础。

继续阅读
5G时代需防范“网络攻击” ,车联网或最先遭难

据国际著名会计师事务所毕马威发布的研究报告,5G市场未来的发展潜力十分可观,预计市场潜在价值有望达到4.3万亿美元。而相关调研机构数据也认为,到2030年,全球5G市场规模就将达到1.5万亿美元。在市场、政策多方面因素影响下,一时间5G的热度如火箭般蹿升,无论是资本市场还是行业企业都先后加码,试图在5G时代抢占话语权高地。

Qorvo PAC系列高集成度电机控制芯片及应用

众所周知,Qorvo是一家专注于创新射频解决方案的提供商,公司针对移动设备、网络基础设施、国防和航天等市场提供一整套的射频解决方案,全球拥有8000名员工,在北京和山东德州建设有工厂。

5G新基建,真的靠谱吗?

新基建,有别于工业基础“铁公基”(铁路、公路、机场、港口),属于信息时代的基础设施。一般认为包括以下七大领域:5G基建、特高压、城际高速铁路和城际轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网。除此之外,还有集成电路、量子信息、物联网、智能驾驶、工业机器人、氢燃料、石墨烯新材料及航空航天等领域的基础设施。

5G翻车现状:运营商集体吹捧,消费者却不买账

2019年被称之为5G元年,而今年将迎来5G第一股热潮,包括华为、中兴、爱立信、诺基亚等设备供应商,以及手机厂商和全球各地的电信运营商都已积极布局,5G似乎成为不可抗拒的新一代技术变革。对商业而言,5G带来的好处多到数不胜数,VR、无人驾驶、智能医疗等领域均能够因5G的到来迎来突破性发展,真正达成万物互联时代的一切需求。

Qorvo®凭借RF Fusion™ 5G芯片组解决方案赢得久负盛名的GTI大奖

移动应用、基础设施与航空航天、国防应用中 RF 解决方案的领先供应商 Qorvo®, Inc.(纳斯达克代码:QRVO)日前宣布Qorvo RF Fusion™ 5G芯片组赢得2020年GTI移动技术创新突破大奖。此奖项是对Qorvo在5G芯片组领域突破性创新的认可;其开创性地兼顾了紧凑、高性能的5G功能与领先智能手机制造商对快速上市时间的要求。这已是Qorvo的5G产品第二次获得GTI大奖。