현재 질화 갈륨(GaN) 기술은 더 이상 전력 응용 분야에 국한되지 않으며 그 장점도 RF/마이크로웨이브 산업의 모든 구석에 침투하고 있으며 RF/마이크로웨이브 산업에 대한 영향이 커지고 있으므로 과소평가해서는 안 됩니다. , 우주, 군용 레이더, 셀룰러 통신 응용 프로그램에서 사용할 수 있기 때문입니다.

GaN은 종종 전력 증폭기(PA)와 높은 상관관계가 있지만 다른 사용 사례도 있습니다. 출시 이후 GaN의 발전은 눈부셨고, 5G 시대의 도래와 함께 더욱 흥미로워질지도 모릅니다.

레이더와 우주에서 GaN의 역할

GaN 기술의 두 가지 변형은 GaN-on-silicon (GaN-on-Si) 및 GaN-on-silicon-carbide (GaN-on-SiC)입니다. Microsemi의 RF/Microwave Discrete 제품 사업부의 엔지니어링 이사인 Damian McCann에 따르면 GaN-on-SiC는 우주 및 군용 레이더 응용 분야에 크게 기여했습니다. 오늘날 RF 엔지니어는 GaN-on-SiC를 활용할 수 있는 새로운 애플리케이션과 솔루션을 찾고 있습니다. 특히 우주 및 군용 레이더 응용 분야에서 장치에 의해 달성되는 전력 및 효율성 성능의 계속 증가하는 수준.

GaN은 높은 경도, 기계적 안정성, 열용량, 열 복사 및 열 전도성에 대한 매우 낮은 민감도, 더 나은 크기, 무게 및 전력(SWaP)을 위한 더 나은 설계를 갖춘 와이드 밴드갭 반도체 소재입니다. 또한 GaN-on-SiC가 더 낮은 주파수에서도 많은 경쟁 기술을 능가하는 것을 볼 수 있습니다.

시스템 설계자는 GaN-on-SiC 기술의 이점을 누릴 수 있습니다. 팜 샤먼빅터 박사는 GaN-on-SiC와 결합된 열 결합 및 고도로 통합된 라미네이트 기술을 통해 시스템 설계자가 더 높은 수준의 통합을 추구할 수 있으며, 특히 동일한 물리적 영역을 더 많이 커버하도록 주 레이더를 확장할 수 있다고 설명했습니다. 대역에는 2차 레이더 기능이 추가된다. 우주 응용 분야에서 GaN-on-SiC의 실현 가능성은 최근 증가하고 있으며, 특히 GaN의 효율성이 더 높은 주파수에서 작동하는 기능을 보완하는 응용 분야에서 그러합니다. 밀리미터파(mmWave) GaN의 전력 밀도는 더 높은 수준의 보상을 찾는 데 사용할 수 있는 새로운 설계 기술 세트를 제공합니다. 솔루션은 전력 보상에서 전력 및 선형성을 넘어서야 하며 전력 제어도 필요합니다. 또는 가변 VSWR 수준으로 실행합니다. 그는 또한 GaN-on-SiC 기술이 기존 klystron 기술을 대체할 수 있다고 지적했습니다. 군사 및 상업용 우주 응용 분야에서 능동 전자 주사 어레이(AESA) 및 위상 배열 구성 요소의 인기는 GaN-on-SiC 기반 모놀리식 마이크로파 집적 회로(MMIC)의 경우에도 새로운 수준의 전력에 도달할 것으로 예상된다고 그는 말했습니다. 경우에 따라 노후화된 클라이스트론 기술을 대체합니다. 그러나 적격한 0.15미크론 GaN-on-SiC 웨이퍼 파운드리의 제한된 수는 시장에서 희소한 자원이며 추가 투자가 필요합니다. 경우에 따라 노후화된 클라이스트론 기술을 대체합니다. 그러나 적격한 0.15미크론 GaN-on-SiC 웨이퍼 파운드리의 제한된 수는 시장에서 희소한 자원이며 추가 투자가 필요합니다. 경우에 따라 노후화된 클라이스트론 기술을 대체합니다. 그러나 적격한 0.15미크론 GaN-on-SiC 웨이퍼 파운드리의 제한된 수는 시장에서 희소한 자원이며 추가 투자가 필요합니다.

GaN 및 5G 통신

GaN 기술은 우주 및 레이더 애플리케이션에만 국한되지 않습니다. 셀룰러 통신 분야에서 혁신을 주도하고 있습니다. 미래의 5G 네트워크에서 GaN은 어떤 역할을 합니까?

MOCVD(금속 유기 화학 기상 증착) 제품 이사는 호황을 누리고 있는 5G가 기존의 셀룰러 통신을 파괴하고 통신사와 서비스 제공업체를 위한 새로운 기회를 창출할 것으로 예상된다고 말했습니다. 5G는 현재 계획 중이며 모바일 광대역(모바일/태블릿/노트북)이 10Gbps를 초과하는 속도로 전송하는 동시에 사물 인터넷(IoT) 애플리케이션이 초저지연을 달성할 수 있습니다. GaN은 특정 애플리케이션(예: 4G/LTE 기지국용 RF 증폭기)에서 점차 실리콘(Si)을 대체하고 있습니다. 차세대 5G 배치는 GaN 기술을 사용할 것이며, 5G 초기에는 GaN-on-SiC가 매크로셀룰러 네트워크에서 점점 더 많이 사용될 것입니다. 5G는 GaN-on-SiC 설계와 경쟁하기 위해 GaN-on-Si를 도입하고 소형 셀 애플리케이션에 진입한 다음 펨토셀/홈 라우터 및 휴대폰에 진입할 수 있습니다. GaN 기술은 5G 네트워크에서 사용되는 더 높은 주파수 측면에서 매우 중요합니다. 5G는 여러 주파수 대역에 배치되며 두 가지 주요 주파수 범위, 즉 광역 커버리지를 위한 6GHz 미만과 경기장 및 공항과 같은 고밀도 영역을 위한 20GHz(mmWave) 이상의 주파수 범위를 갖습니다. 엄격한 5G 기술(더 빠른 데이터 속도, 낮은 대기 시간, 대규모 광대역) 요구 사항을 충족하려면 더 높은 목표 주파수(즉, 28GHz 및 39GHz 대역)를 달성하기 위한 새로운 GaN 기술이 필요합니다. 또한 GaN 기술은 5G 휴대폰에 매우 적합합니다. 기술적 관점에서 5G는 신호 품질을 향상시키기 위해 다중 안테나가 공간 다중화 기술을 사용해야 하는 감쇠 문제가 있습니다. 각 안테나에는 전용 RF 프런트 엔드 칩셋이 필요합니다. 갈륨비소(GaAs)와 Si에 비해 GaN은 동일한 전력 수준에서 안테나 수가 적습니다. 결과적인 폼 팩터 이점으로 인해 GaN은 5G 모바일 애플리케이션에 이상적입니다.

PAM-XIAMEN은 주요 장비 회사 및 연구 기관과 협력하여 GaN-on-Si를 개발하고 있습니다. 첫째, 균일한 두께와 균일한 구조 구성의 에피택셜 층이 일반적으로 초격자를 포함하는 전체 웨이퍼 위에 증착되어야 합니다. 또한 고객은 장치 특성을 최적화하기 위해 날카로운 인터페이스를 사용하는 정밀한 인터페이스 제어가 필요합니다. 또한 특정 층에 Mg 및 Fe와 같은 도펀트를 효과적으로 통합하기 위해 제로 메모리 결함을 갖는 것이 바람직합니다. 이러한 요구에 부응하여 단일 웨이퍼 TurboDisc 기술은 트랜지스터 성능, RF 손실, 고조파 왜곡 및 장치 신뢰성 문제를 해결하여 웨이퍼당 에피택셜 성장 비용을 줄이면서 선도적인 도펀트 제어 및 구성 균일성을 제공합니다. 이것은 Propel MOCVD 시스템의 박막 증착 제어를 활용하여 고품질 버퍼 성장과 이러한 도펀트를 통합하는 능력을 달성함으로써 달성됩니다. 생산 능력을 늘리기 위해 관련 도구와 프로세스가 여전히 성숙해야 하므로 GaN-on-Si 및 GaN-on-SiC의 시장 규모는 작으며 과제가 남아 있습니다. 그러나 5G 애플리케이션의 프로세스 및 기술 개선으로 사용 사례는 계속됩니다. 서지는 엄청난 발전 잠재력을 가지고 있습니다.

전력 증폭기를 넘어서: GaN 기반 저잡음 증폭기

RF/마이크로웨이브 애플리케이션에서 GaN 기술은 종종 전력 증폭기와 관련됩니다. PAM-XIAMEN은 GaN 기술을 기반으로 하는 저잡음 증폭기(LNA)를 개발하여 GaN에 다른 사용 사례가 있음을 입증하고 있습니다. GaAs pHEMT LNA 기술은 매우 성숙하고 널리 사용됩니다. 극초단파 주파수에서 일련의 GaN HEMT LNA를 개발하는 이유는 무엇입니까? 그 이유는 간단합니다. GaN은 저잡음 그 이상을 제공합니다.

첫째, GaN은 더 높은 입력 전력 생존성을 가지며 일반적으로 GaAs pHEMT LNA와 관련된 프런트 엔드 리미터를 크게 줄이거나 제거할 수 있습니다. 리미터를 제거함으로써 GaN은 이 회로의 손실을 복구하여 잡음 수치를 더욱 낮출 수 있습니다. 둘째, GaN LNA는 GaAs pHEMT보다 출력 3차 차단점(IP3)이 높아 수신기의 선형성과 감도를 향상시킵니다. GaN이 GaAs 프로세스에 비해 이러한 이점을 갖는 주된 이유 중 하나는 본질적으로 높은 항복 전압입니다. LNA에 과부하가 걸리면 게이트-드레인 고장으로 인해 장애가 발생할 수 있습니다. GaAs pHEMT 장치 의 일반적인 항복 전압 GaN 프로세스의 항복 전압 범위는 50~100V로 확장되어 더 높은 입력 전력 레벨을 허용하는 반면, 5~15V 범위에서 이러한 LNA가 견딜 수 있는 최대 RF 입력 전력을 심각하게 제한합니다. . 또한 항복 전압이 높으면 GaN 장치가 더 높은 작동 전압에서 바이어스될 수 있으며 이는 직접적으로 더 높은 선형성으로 변환됩니다. 우리는 GaN의 이점을 극대화하고 잡음 지수가 가장 낮고 선형성과 생존 가능성이 높은 고급 LNA를 만드는 방법을 배웠습니다. 따라서 GaN은 특히 면역 요구 사항이 매우 높은 경우 모든 고성능 수신기 시스템에 선호되는 LNA 기술입니다.

대체로 GaN 기술은 RF/마이크로웨이브 산업에서 주요한 힘이 되었습니다. 앞으로 5G 통신이 성숙해짐에 따라 그 역할은 더욱 확대될 것입니다. GaN과 PA는 함께 사용되지만 이 기술을 사용하여 LNA를 개발하려는 업계의 노력을 간과해서는 안 됩니다. 지금은 GaN의 미래가 매우 밝기 때문에 GaN 개발에 에너지와 자원을 투자할 때입니다.

Xiamen Powerway Advanced Material Co., Ltd 소개

1990년에 설립된 Xiamen Powerway Advanced Material Co., Ltd(PAM-XIAMEN)는 중국 VCSEL 에피택셜 웨이퍼의 선도적인 제조업체로, GaN 기판 , GaN 에피택셜 웨이퍼를 덮는 GaN 소재와 관련된 사업을 하고 있습니다 .

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              자세한 내용은 당사 웹사이트 www.semiconductorwafers.net을 방문하십시오 .

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