在上世紀70 年代早期,磁控管首先在微波爐中進入了廣泛的商業應用,但整個射頻能量市場的發展相對還比較緩慢。如今,已經有了各種各樣的應用,包括在工業和消費的烹飪、干燥、照明、醫療和汽車等方面的射頻能量應用。
最近,就磁控管作為加熱源而言,固態器件的出現為之提供了一種可行的替代、提高技術,它具有幾個關鍵性的優勢:更長的使用壽命、增強了可靠性、可精確控制射頻功率水平及其投射方向、提升了效率,以及具有更小的外形尺寸等優點。
價格和效率抑制了增長
能量市場普遍預計在未來五年里將會增長到10 億美金,但到目前為止,由于固態器件技術的局限制性抑制了該市場的進一步擴張。
為了降低能源損耗,需要高效率、較少冷卻或功率耗散的熱量散發,這是在所有射頻能量應用設計中一個很重要的考慮因素。惡劣的工作環境以及加熱元器件對工作負載的不可預知性,使得對它的在耐用性上有著苛刻的要求,還有對其功率一致性和長期壽命的需求,成為了現有磁控技術的短板。
到目前為止,已能勉強接近該領域艱難成本目標的固態器件技術只有硅LDMOS器件。由于無線通訊基站的發展,LDMOS 器件技術已很好地建立了具有競爭力的成本結構和大批量的供應鏈。然而,其弱點是在于它的效率(僅僅大于10%)、耐用性(它只有較低的擊穿電壓和較低的工作溫度)和功率密度(只有GaN器件的1/4~1/6)上。
碳化硅襯底上GaN器件能夠滿足這些必要的性能要求,但無法達到必需的生產規模和成本,與傳統技術相比,其成本要高出5 到10倍,碳化硅襯底的加工成本即使在其進入大規模生產階段仍然會十分高昂。
然而,在新的一年中,當GaN器件從傳統的4 英寸化合物半導體工廠過渡到6 英寸和8 英寸硅晶圓廠進行生產時,硅上GaN器件就能開始突破制造成本的閾值,并向著由射頻能量聯盟(RF EnergyAlliance, RFEA)所設定的每瓦5 美分的最終目標前進。這意味著客戶最終可以與主流技術的發展同步,例如,MACOM公司已經能夠提供300W塑料封裝的硅上GaN器件,它有著大于70%的效率,售價約為15 美元,這一價格/性能水平已處于當今射頻能量器件領域的領先位置。