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中國GaN器件研究新突破,為5G做好了準備?
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中國電科(CETC)第五十五研究所(NEDI)4月12日報導,該所重點實驗室張凱博士發表在國際半導體器件權威期刊《IEEE Electron DeviceLetters》上的論文《High-Linearity AlGaN/GaN FinFETs for Microwave Power Applications》即《三維鰭式GaN高線性微波功率器件》被國際半導體行業著名雜誌《Semiconductor Today》進行專欄報導,受到中國外業界關注。

張凱博士的論文聚焦重點實驗室近期在GaN高線性技術方面獲得的多個重要突破,創新提出三維GaN FinFET微波功率器件,克服了GaN平面器件瓶頸,極大改善了跨導平整度,大幅提升GaN器件線性度,同時維持高的輸出功率和效率,為下一代移動通信高性能元器件奠定基礎。本成果也是首次展示GaN三維器件相對於二維器件在微波功率應用的優勢與潛力,有力推動了GaN三維器件的實用化進程。該成果研製過程中得到國家自然科學基金、預研基金等課題的支持。
 
NEDI提出的高線性GaN FinFET器件以及跨導特性
SemiconductorToday是總部位於英國具有獨立性和非盈利性的國際半導體行業著名雜誌和網站,專注於報導化合物半導體和先進矽半導體的重要研究進展和最新行業動態,具有很強的行業影響力。

而CETC第五十五研究所是中國大型電子器件研究、開發及應用研究所之一,擁有砷化鎵微波毫米波單片和模組電路國家重點實驗室、國家平板顯示工程技術研究中心, 主要從事微電子、光電子、真空電子和MEMS等領域的各種器件、電路、部件和整機系統的開發和生產。對於中國國防工業來說,該所最大的貢獻莫過於研發的T/R元件,即無線電收發模組,主要應用於各種相控陣雷達上,包括戰鬥機火控雷達,預警機,“中華神盾”和防空用雷達等。

影響相控陣雷達的除了雷達基礎結構設計之外,作為最前端負責無線電收發的T/R元件性能對雷達整體性能的影響也是非常大的。目前國際主流的T/R元件類型有砷化鎵和氮化鎵兩種,其中氮化鎵是近幾年才出現的新興事物,不光應用於雷達射頻等設備,無線電通信也非常需要高性能的氮化鎵半導體元件。
 
同為中電集團下屬14所生產的KLJ-7A相控陣雷達,安裝有多達1000多個T/R組件
作為專門負責T/R元件研發的單位,五十五所在突破了砷化鎵T/R組建之後就馬不停蹄的繼續為中國國防工業研發了氮化鎵T/R元件。然而由於材料特性等原因,作為新生事物氮化鎵T/R元件會出現一些原先所沒有遇到過的問題。除了採用金剛石作為襯底材料來改善熱傳導性能,降低元件功耗之外,三維GaN FinFET的應用可以說是另闢蹊徑。

在當前半導體行業開始推進各種三維結構晶片的潮流下,引入三維結構,將GaN二維器件改進成三維結構,可以說是一大創新。簡單的說,一樣的功耗,體積的T/R元件,將能提供出更精確的雷達波形和更高的射頻功率,在不增加外部能耗需求的情況下,進一步提高雷達基本性能。
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