WBG在RF中的應(yīng)用

TriQuint和Cree等廠商也供應(yīng)基于GaN的射頻器件，它們以相似的價(jià)格在物理和性能上提供了相對于硅的關(guān)鍵優(yōu)勢。GaN的高功率密度會(huì)帶來更小的器件和系統(tǒng)，其主要原因是輸入和輸出電容得以減少，同時(shí)運(yùn)行帶寬得以增加。GaN的高擊穿場允許更高的工作電壓，也簡化了阻抗匹配。GaN器件的寬帶能力提供了很寬的頻率范圍，以同時(shí)覆蓋應(yīng)用的中心頻率，以及該信號的調(diào)制帶寬。GaN在更高效率運(yùn)行時(shí)損耗也更低。GaN垂直器件也可以具有比SiC更好的導(dǎo)電性，但目前實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)并非容易之事，因?yàn)樵诤侠沓杀鞠氯狈鶆虻腉aN襯底。

在RF應(yīng)用中GaN應(yīng)用的重點(diǎn)是HEMT和MMIC器件。GaN催生了高性能的HEMT和MMIC，從而推進(jìn)了高性能RF應(yīng)用的發(fā)展。HEMT是一種集成了兩種不同帶隙材料組成的結(jié)的場效應(yīng)晶體管，使它比普通晶體管的運(yùn)行頻率更高。如果在高頻率運(yùn)行時(shí)需要高增益和低噪音，這類應(yīng)用最好使用HEMT器件。而MMIC則是運(yùn)行于微波頻率（300MHz至300GHz）的集成電路。典型的設(shè)備功能包括高頻開關(guān)，微波混頻，功率放大，以及低噪聲放大。GaN射頻器件的終端應(yīng)用包括寬帶放大器，雷達(dá)，電信基站，軍事通信和衛(wèi)星通信。

WGB在光電和照明行業(yè)中的應(yīng)用

WBG材料應(yīng)用在LED中已經(jīng)有段歷史。首次LED展示是在1907年，使用的材料是SiC；而第一代商用LED出現(xiàn)是在20世紀(jì)60年代到80年代，也同樣基于SiC。90年代初，GaN的關(guān)鍵進(jìn)展表明，它可以比SiC生成10到100倍的亮光。這個(gè)進(jìn)展為大家?guī)砹说谝豢盍炼人{(lán)光LED的問世，從此之后，固態(tài)照明產(chǎn)業(yè)的曙光到來，主要依賴于基于涂熒光粉的藍(lán)色LED生成白光照明。快進(jìn)到目前，我們見證了LED照明市場已經(jīng)售出數(shù)十億個(gè)LED燈，預(yù)計(jì)未來數(shù)年LED照明銷售仍將迎來巨大增長。 到2018年，LED照明的銷售額有望超越傳統(tǒng)的白熾燈泡。IHS / IMS Research預(yù)測，到2020年，在發(fā)達(dá)地區(qū)，LED將占據(jù)五分之四的插座，白熾燈泡則只有2%，而節(jié)能燈則填補(bǔ)剩下的份額。

盡管初始成本較高，但推動(dòng)它如此大規(guī)模應(yīng)用的背后動(dòng)力在哪？答案在于效率高，耐久性好，以及LED照明環(huán)保。顯著的能源節(jié)約和較長的壽命，促使LED照明更具吸引力，并替代了基于燈絲的傳統(tǒng)白熾燈照明。LED照明還為CFL燈泡提供了一種無水銀型替代品。白熾燈將其能量的90%轉(zhuǎn)換為熱量，剩下的10%轉(zhuǎn)換為光。而LED將90%的能源轉(zhuǎn)換光，10%則為熱量。

LED還應(yīng)用于照明之外的其它領(lǐng)域。例如，LED的高開關(guān)速度滿足了電視等顯示應(yīng)用中的快速開啟/關(guān)閉需求并達(dá)到了理想的效果。手機(jī)背光，汽車照明，航空照明，廣告顯示屏，交通信號，甚至手電筒則是其它的一些LED流行應(yīng)用。

GaN還可以用于生成藍(lán)色、紫色和紫外（UV）的激光二極管。藍(lán)光播放器，投影系統(tǒng)，激光打印和醫(yī)療成像都是使用藍(lán)色或紫色激光的技術(shù)。水印防偽檢測，醫(yī)療器械消毒和滅菌，以及水/空氣凈化則是一些紫外線激光應(yīng)用。

Cree，安華高科技，松下，LED ENGIN，歐司朗光電半導(dǎo)體，飛利浦LumiLED，是WBG LED產(chǎn)品的一些主要供應(yīng)商，它們的產(chǎn)品都可以通過貿(mào)澤電子進(jìn)行購買。

結(jié)論

2015年，全球半導(dǎo)體市場預(yù)計(jì)將達(dá)到3280億美元。考慮到目前的基礎(chǔ)以及硅的限制仍存在有很多利害關(guān)系。WBG半導(dǎo)體已經(jīng)出現(xiàn)并開始遷移到更好的材料，推動(dòng)WBG以我們所期望的快速技術(shù)步伐向前發(fā)展。早期的器件已經(jīng)在功率，RF，照明和光電領(lǐng)域獲得了實(shí)用證明，為一些其它領(lǐng)域（如微控器）機(jī)會(huì)奠定了基礎(chǔ)。

例如，松下600V的GaN微控器套件，優(yōu)化了GaN晶體管，提供了業(yè)界最小、效率最高的電源控制方案。SiC功率器件最大影響是在可再生能源應(yīng)用領(lǐng)域，例如太陽能和風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)存儲(chǔ)。由于高耐熱性、尺寸和重量降低以及效率增益方面的優(yōu)勢，SiC和GaN功率器件預(yù)計(jì)將在汽車和運(yùn)輸系統(tǒng)獲得良好應(yīng)用。高性價(jià)比的GaN功率和射頻器件將會(huì)出現(xiàn)在IT，通信，工業(yè)和消費(fèi)類電子，以及將大舉進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用。GaN主導(dǎo)了藍(lán)色、紫色和紫外線激光LED照明技術(shù)的發(fā)展。

需要注意的是，硅經(jīng)過近60年的發(fā)展才取得了目前的成就，因此合理的看法是，WBG和其它新興技術(shù)要取代硅仍然需要一段時(shí)間。圍繞WBG半導(dǎo)體周圍的是一片樂觀情緒，但仍然存在一些其它重大的挑戰(zhàn)，除了目前最迫切的降低成本，以及優(yōu)化封裝從而全面發(fā)揮WBG材料的潛能。此外，在照明領(lǐng)域中，隨著市場飽和，LED的長壽命也提出了新挑戰(zhàn)。如果沒有持續(xù)的創(chuàng)新（如開發(fā)不帶熒光粉的白光LED）以驅(qū)動(dòng)向新產(chǎn)品轉(zhuǎn)變，大型、昂貴的LED晶圓廠將會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)能浪費(fèi)。盡管如此，考慮到巨大的潛力，我們可以期待看到WBG半導(dǎo)體更廣闊的前景。

貿(mào)澤電子致力于為設(shè)計(jì)師使用WBG半導(dǎo)體進(jìn)行評估、設(shè)計(jì)和開發(fā)方面提供支持。在貿(mào)澤電子豐富的WBG半導(dǎo)體產(chǎn)品組合中可以找到SiC和GaN 的最新產(chǎn)品。

作者：Landa Culbertson, Mouser Electronics

作者簡介

Landa 來自德州達(dá)拉斯，擁有電子工程學(xué)士學(xué)位，她有十八年的電子行業(yè)從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，曾就職于新創(chuàng)企業(yè)和500強(qiáng)企業(yè)。

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