في الوقت الحالي ، لم تعد تقنية نيتريد الغاليوم (GaN) مقصورة على تطبيقات الطاقة ، كما أن مزاياها تتسلل أيضًا إلى جميع أركان صناعة الترددات اللاسلكية / الميكروويف ، والتأثير على صناعة الترددات اللاسلكية / الميكروويف آخذ في الازدياد ، ولا ينبغي الاستهانة بها ، لأنه يمكن استخدامه من رادار الفضاء والعسكري إلى تطبيقات الاتصالات الخلوية.

على الرغم من ارتباط GaN ارتباطًا وثيقًا بمضخمات الطاقة (PA) ، إلا أنه يحتوي على حالات استخدام أخرى. منذ إطلاقه ، كان تطوير GaN رائعًا ، ومع ظهور عصر 5G ، قد يكون أكثر إثارة للاهتمام.

دور GaN في الرادار والفضاء

هناك نوعان مختلفان من تقنية GaN هما GaN-on-silicon (GaN-on-Si) و GaN-on-silicon-carbide (GaN-on-SiC). وفقًا لداميان ماكان ، مدير الهندسة في قسم المنتجات المنفصلة RF / Microsemi's Microsemi ، فقد ساهم GaN-on-SiC كثيرًا في تطبيقات الرادار الفضائية والعسكرية. يبحث مهندسو RF اليوم عن تطبيقات وحلول جديدة للاستفادة من GaN-on-SiC. المستويات المتزايدة باستمرار من أداء الطاقة والكفاءة التي تحققها الأجهزة ، خاصة في تطبيقات الرادار الفضائية والعسكرية.

الجاليوم عبارة عن مادة أشباه موصلات ذات فجوة نطاق عريضة بصلابة عالية واستقرار ميكانيكي وسعة حرارية وحساسية منخفضة جدًا للإشعاع الحراري والتوصيل الحراري وتصميم أفضل لمزايا الحجم والوزن والطاقة (SWaP) الأفضل. نرى أيضًا أن GaN-on-SiC يتجاوز العديد من التقنيات المنافسة ، حتى عند الترددات المنخفضة.

سيستفيد مصممو النظام من تقنية GaN-on-SiC. بام-شيامنأوضح الدكتور فيكتور أن تقنية التصفيح المقترنة حرارياً والمتكاملة للغاية ، جنبًا إلى جنب مع GaN-on-SiC ، تسمح لمصممي النظام بالسعي إلى مستوى أعلى من التكامل ، خاصة لتوسيع الرادار الرئيسي لتغطية المزيد من نفس المنطقة المادية. في النطاق ، تمت إضافة وظيفة الرادار من الدرجة الثانية. في التطبيقات الفضائية ، زادت جدوى GaN-on-SiC مؤخرًا ، خاصة في التطبيقات التي تكون فيها كفاءة GaN مكملة للقدرة على العمل عند ترددات أعلى. تجلب كثافة الطاقة للموجة المليمترية (mmWave) GaN مجموعة جديدة من تقنيات التصميم التي يمكن استخدامها للعثور على مستويات أعلى من التعويض. يجب أن يتجاوز الحل القدرة والخطية في تعويض الطاقة ، ويحتاج أيضًا إلى التحكم في الطاقة. أو تشغيل إلى مستوى VSWR متغير. وأشار أيضًا إلى أن تقنية GaN-on-SiC يمكن أن تحل محل تقنية klystron القديمة. من المتوقع أيضًا أن تصل شعبية المصفوفات الممسوحة ضوئيًا إلكترونياً (AESAs) ومكونات الصفيف المرحلية في التطبيقات الفضائية العسكرية والتجارية إلى مستويات جديدة من الطاقة ، حتى بالنسبة لدوائر الميكروويف المتجانسة القائمة على GaN-on-SiC (MMICs) ، كما قال. في بعض الحالات استبدال تقنية klystron الشيخوخة. ومع ذلك ، فإن العدد المحدود من مسابك الويفر المؤهلة 0.15 ميكرون GaN-on-SiC هو مورد نادر في السوق ويحتاج إلى مزيد من الاستثمار. في بعض الحالات استبدال تقنية klystron الشيخوخة. ومع ذلك ، فإن العدد المحدود من مسابك الويفر المؤهلة 0.15 ميكرون GaN-on-SiC هو مورد نادر في السوق ويحتاج إلى مزيد من الاستثمار. في بعض الحالات استبدال تقنية klystron الشيخوخة. ومع ذلك ، فإن العدد المحدود من مسابك الويفر المؤهلة 0.15 ميكرون GaN-on-SiC هو مورد نادر في السوق ويحتاج إلى مزيد من الاستثمار.

اتصالات GaN و 5G

لا تقتصر تقنية GaN على تطبيقات الفضاء والرادار. يقود الابتكار في مجال الاتصالات الخلوية. ما الدور الذي تلعبه GaN في شبكة 5G المستقبلية؟

قال مدير منتج ترسيب البخار الكيميائي العضوي المعدني (MOCVD) إنه من المتوقع أن تؤدي تقنية الجيل الخامس المزدهرة إلى تعطيل الاتصالات الخلوية التقليدية وخلق فرص جديدة للمشغلين ومقدمي الخدمات. يجري التخطيط حاليًا لشبكة 5G ، مع النطاق العريض للأجهزة المحمولة (الهاتف المحمول / الكمبيوتر اللوحي / الكمبيوتر المحمول) الذي يرسل بسرعات تزيد عن 10 جيجابت في الثانية ، بينما في الوقت نفسه ، يمكن لتطبيقات إنترنت الأشياء (IoT) تحقيق زمن انتقال منخفض للغاية. تحل GaN تدريجياً محل السيليكون (Si) في تطبيقات محددة (مثل مكبرات الصوت RF لمحطات 4G / LTE الأساسية). ستستخدم عمليات نشر الجيل التالي 5G تقنية GaN ، وفي الأيام الأولى من 5G ، سيتم استخدام GaN-on-SiC بشكل متزايد في شبكات الخلايا الكبيرة. ستقدم 5G GaN-on-Si للتنافس مع تصميمات GaN-on-SiC والدخول في تطبيقات الخلايا الصغيرة ، والتي قد تدخل بعد ذلك أجهزة توجيه femtocell / منزلية وحتى الهواتف المحمولة. ستكون تقنية GaN حاسمة من حيث الترددات الأعلى التي تستخدمها شبكات 5G. سيتم نشر 5G في نطاقات تردد متعددة ولديها نطاقي تردد رئيسيان ، وهما sub-6-GHz لتغطية منطقة واسعة و 20 جيجا هرتز (mmWave) أو أعلى للمناطق عالية الكثافة مثل الملاعب والمطارات. لتلبية متطلبات تقنية 5G الصارمة (معدلات بيانات أسرع وزمن وصول منخفض ونطاق عريض واسع النطاق) ، هناك حاجة إلى تقنيات GaN الجديدة لتحقيق ترددات مستهدفة أعلى (أي النطاقين 28 جيجاهرتز و 39 جيجاهرتز). بالإضافة إلى ذلك ، ستكون تقنية GaN مناسبة جدًا للهواتف المحمولة 5G. من وجهة نظر فنية ، تواجه 5G مشكلة توهين تتطلب هوائيات متعددة لاستخدام تقنيات تعدد الإرسال المكاني لتحسين جودة الإشارة. يلزم وجود مجموعة شرائح RF أمامية مخصصة لكل هوائي. بالمقارنة مع زرنيخيد الغاليوم (GaAs) والسيليكون ، تحتوي GaN على عدد أقل من الهوائيات عند نفس مستوى الطاقة. ميزة عامل الشكل الناتجة تجعل GaN مثاليًا لتطبيقات الهاتف المحمول 5G.

تعمل PAM-XIAMEN مع شركات المعدات الرائدة ومعاهد البحوث لتطوير GaN-on-Si. أولاً ، يجب ترسيب طبقة فوقية ذات سمك موحد وتكوين هيكلي موحد فوق الرقاقة بأكملها ، والتي تشتمل عادةً على شبكة فائقة. يحتاج العملاء أيضًا إلى تحكم دقيق في الواجهة باستخدام واجهة حادة لتحسين خصائص الجهاز. من المستحسن أيضًا عدم وجود عيوب في الذاكرة لدمج المنشطات بشكل فعال مثل Mg و Fe في طبقة معينة. استجابةً لهذه الاحتياجات ، تعالج تقنية TurboDisc أحادية الرقاقة تحديات أداء الترانزستور ، وفقدان التردد اللاسلكي ، والتشوه التوافقي ، وموثوقية الجهاز ، مما يوفر تحكمًا رائدًا في التثبيط وتوحيدًا تركيبيًا مع تقليل تكلفة نمو Epitaxial لكل رقاقة. يتم تحقيق ذلك من خلال استخدام التحكم في ترسيب الأغشية الرقيقة لنظام Propel MOCVD لتحقيق نمو عالي الجودة للمخزن وقدرته على دمج مثل هذه المنشطات. نظرًا لأن الأدوات والعمليات ذات الصلة لا تزال بحاجة إلى النضج لزيادة الطاقة الإنتاجية ، فإن حجم السوق لـ GaN-on-Si و GaN-on-SiC صغير ولا تزال التحديات قائمة. ومع ذلك ، مع تحسين العملية والتكنولوجيا لتطبيقات 5G ، تستمر حالات الاستخدام. إن الطفرة لديها إمكانات هائلة للتنمية.

مضخم ما وراء الطاقة: مضخم ضوضاء منخفض يعتمد على GaN

في تطبيقات RF / الميكروويف ، غالبًا ما ترتبط تقنية GaN بمضخمات الطاقة. يوضح PAM-XIAMEN أن GaN لديه حالات استخدام أخرى من خلال تطوير مضخم منخفض الضوضاء (LNA) يعتمد على تقنية GaN. غالبًا ما يُسألون: إن تقنية GaAs pHEMT LNA ناضجة جدًا وتستخدم على نطاق واسع. لماذا تطوير سلسلة GaN HEMT LNAs بتردد الميكروويف؟ السبب بسيط: يوفر GaN أكثر من مجرد ضوضاء منخفضة.

أولاً ، يتمتع GaN بقدرة أعلى على البقاء على قيد الحياة ويمكن أن يقلل بشكل كبير أو يلغي محددات الواجهة الأمامية المرتبطة عادةً بـ GaAs pHEMT LNAs. من خلال التخلص من المحدد ، يمكن لـ GaN أيضًا استرداد خسائر هذه الدائرة ، مما يقلل بشكل أكبر من رقم الضوضاء. ثانيًا ، يحتوي GaN LNA على نقطة اعتراض من الدرجة الثالثة (IP3) أعلى من الناتج GaAs pHEMT ، مما يحسن الخطية وحساسية جهاز الاستقبال. أحد الأسباب الرئيسية لامتلاك GaN لهذه الميزة على عمليات GaAs هو جهد الانهيار العالي بطبيعته. عندما يتم تحميل LNA بشكل زائد ، يمكن أن يتسبب انهيار استنزاف البوابة في حدوث عطل. الفولتية الانهيار النموذجية لأجهزة GaAs pHEMT تتراوح من 5 إلى 15 فولت ، مما يحد بشدة من الحد الأقصى لقدرة إدخال التردد اللاسلكي التي يمكن أن تتحملها هذه المضخمات ، في حين يمكن تمديد نطاق جهد انهيار عملية GaN إلى 50 إلى 100 فولت ، مما يسمح بمستويات طاقة إدخال أعلى. . بالإضافة إلى ذلك ، يسمح جهد الانهيار العالي بجهاز GaN بالتحيز عند جهد تشغيل أعلى ، والذي يترجم مباشرة إلى خطية أعلى. لقد تعلمنا كيفية تعظيم فوائد GaN وإنشاء LNAs متقدمة بأقل مستوى ضوضاء وخطية عالية وقدرة عالية على البقاء. لذلك ، فإن GaN هي تقنية LNA المفضلة لجميع أنظمة الاستقبال عالية الأداء ، خاصة عندما تكون متطلبات المناعة عالية للغاية.

بشكل عام ، أصبحت تقنية GaN قوة رئيسية في صناعة الترددات اللاسلكية / الميكروويف. في المستقبل ، مع نضوج اتصالات 5G ، سيتوسع دورها بشكل أكبر. على الرغم من أن GaN و PA يسيران جنبًا إلى جنب ، لا ينبغي لأحد أن يغفل عن عمل الصناعة لتطوير LNAs باستخدام هذه التكنولوجيا. حان الوقت الآن لاستثمار الطاقة والموارد في تطوير GaN ، لأن مستقبلها مشرق للغاية.

حول شركة Xiamen Powerway Advanced Material Co. ، Ltd

تأسست في عام 1990 ، Xiamen Powerway Advanced Material Co. ، Ltd (PAM-XIAMEN) ، الشركة الرائدة في تصنيع الرقاقات الفوقية VCSEL في الصين ، وتشمل أعمالها مواد GaN التي تغطي الركيزة GaN ، رقاقة فوق المحور GaN .

الكلمات الرئيسية : الركيزة GaN ، رقاقة فوق المحور GaN ، AlGan ،

AlGaN / GaN HEMT ، أجهزة Gan ، Gan Hemt ،

GaN HEMT رقاقة Epitaxial ، تصنيع رقاقة أشباه الموصلات ،

GaN-on-SiC، GaN-on-Si، GaN technology،

GaN-on-silicon-carbide ، GaN-on-silicon ، GaN HEMT LNAs

مضخم الطاقة ، صفائف نشطة ممسوحة ضوئيًا إلكترونيًا ، AESAs ،

الدوائر المتكاملة الميكروويف المتجانسة ، MMICs

رقاقة epi ، نيتريد الغاليوم بقيادة ، رقاقة epi ، رقاقة ليد epitaxial ،

قاد fab ، Led Wafer ، مصنعو رقاقة LED ، عملية تصنيع بسكويت الويفر

              لمزيد من المعلومات ، يرجى زيارة موقعنا على الإنترنت: www.semiconductorwafers.net ،

              أرسل لنا بريدًا إلكترونيًا على sales@powerwaywafer.com أو powerwaymaterial@gmail.com