GaN技術的案例
美國海軍陸戰隊接收首部采用GaN技術的AN/TPS-80雷達
美國海軍陸戰隊接收首部采用GaN技術的AN/TPS-80雷達
諾·格公司提前向美海軍陸戰隊交付首部采用先進的大功率、高效氮化鎵（GaN）天線技術的AN/TPS-80地/空多任務雷達（G/ATOR）系統。這套系統是整個小批量生產階段的第7套，此前6套系統均未采用氮化鎵天線技術，而是砷化鎵（GaAs）技術。諾·格公司地面與航空電子C4ISR部門副總裁表示，這是美海軍陸戰隊首次裝備采用先進GaN技術的地面多任務有源相控陣雷達。
2016年9月，美海軍陸戰隊（USMC）與諾·格公司簽訂了價值3.75億美元的合同，用于采購9部基于氮化鎵（GaN）技術的AN/TPS-80地/空任務導向雷達（G/ATOR）低速率初始生產（LRIP）系統，合同計劃于2020年9月完成。目前，諾·格公司與美海軍陸戰隊正在加緊籌備量產計劃，預計2019年年初啟動。
圖1 AN/TPS-80地/空多任務雷達（G/ATOR）
GaN是一種高效率半導體，能夠使雷達發射機在使用較少電力的情況下獲得更大的發射功率。GaN天線技術可降低成本并提高多項性能，包括系統靈敏度和可靠性。基于GaN的G/ATOR系統可以通過減少系統組件的數量來實現更高的效率，如比基于GaAs的G/ATOR少了76個收發組件，這些組件的減少可以降低失敗的風險，且能減少系統維護的開支。美海軍陸戰隊官員表示，向GaN技術的轉變能夠節約大約4000萬美元的采購成本。
展開 這個GaN技術牛！8英寸、2DEG提升20%
最近，
空氣水集團（AIR WATER）
官網宣布，其創新的
GaN技術
獲得了2021年度“半導體電子材料類大獎”。
據介紹，該公司是全球首家量產GaN-on-SiC-on-Si層疊結構器件的企業。即使采用廉價的硅襯底，該結構的2DEG依舊可以達到2110 cm2/V-s ，相比硅基GaN提升了20%，很好地解決SiC基GaN成本高、硅基GaN性能差等問題，大幅降低GaN器件成本，從而有望加速5G通信的普及。
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成本太高、性能太差
傳統結構挑戰多多
眾所周知，GaN器件具備高功率密度和高電子飽和速度等優點，因此在射頻、微波和毫米波應用領域非常有競爭力。但是GaN器件要打入這些領域還存在多重挑戰。
首先，碳化硅和氮化鎵襯底生產成本太高，盡管SiC襯底GaN高頻晶體管已經投入實際應用，但僅限于高端基站使用，很難進行廣泛商業化。
其次，雖然硅襯底GaN器件具有潛力，6英寸硅襯底GaN高頻晶體管的開發和商業化也取得了 一定的進展。但由于存在高熱失配(33%) 和晶格失配(17%) ，因此很難在硅襯底上生長高質量、無裂紋的GaN外延層，導致晶體管在工作過程中一旦發熱，絕緣性能會變差，能量損失會增加。
還有，硅基GaN器件還存在硅襯底電阻率低的問題，這會帶來高寄生電容，從而阻礙器件的高頻性能。
層疊GaN結構
提高質量、減少泄漏
為此，
2004
年
空氣水集團開始創建一種
層疊GaN結構技術。
展開 Eggtronic推出基于GaN的電動汽車無線充電技術 可在4cm距離內實現95%的效率
蓋世汽車訊 據外媒報道，功率電子器件技術領導者Eggtronic宣布，推出混合無線交流電源專利技術E2WATT，可同時作為交流電源和高速無線傳輸系統中的發射器，從而確保能量效率和能量傳輸距離，但其成本低于傳統無線技術。
（圖片來源：eetimes）
傳統Qi無線設備的傳輸距離通常為5mm，最大傳輸功率通常最高為30W。E2WATT技術可在超過其6倍的距離（可達40mm）內，提供高達300W的功率，這是電感標準的真正突破。
Eggtronic首席執行官兼創始人Igor Spinella表示，E2WATT專有技術由GaN半橋和dsPIC33微控制器支持，將傳統電源適配器和Qi無線發射器結合在一起，從而提高效率。
E2WATT?無線技術直接由交流電源供電，無需外部電源。這種單級混合解決方案的效率顯著提高，最高可達 95%。
E2WATT采用了Navitas半導體公司的GaN技術，因為硅無法提供足夠的開關頻率。GaNFast中包括GaN開關（一種場效應晶體管），將單片集成模擬驅動電路和數字邏輯電路集成在同一芯片上，作為GaN功率器件。GaNFast電源IC的額定頻率為2MHz。運行速度快有助于減少快速充電系統的尺寸和功率轉換成本。
Microchip的16位微控制器業務部副總裁Joe Thomsen表示： “Microchip Technology的dsPIC33微控制器具有強大的DSP內核、高速ADC和高分辨率PWM，可以支持 Eggtronic開發的專有系統架構，從而提升性能和充電距離。
展開 GaN技術是如何飛入尋常百姓家
由于GaN的轉換頻率較高，在處理EMI上非常棘手，而在同一個封裝中，工程師無需額外關注EMC和EMI的問題。“我們認為PI已經超越了許多競爭對手，它們正在銷售分立的GaN FET，這些GaN FET難以使用并且需要大量的設計工作。而PI提供的高度集成的IC解決方案易于使用，且具有顯著的性能和尺寸優勢。”Doug表示。獨立的GaN FET產品看似可以靈活應用于各產品，但卻缺乏針對性優化。
而在高集成方式下，InnoSwitch可以更好地針對65W或其他規格的充電器進行細致優化。并且由于無需更多額外的周邊元件，可靠性也會相應提升。
值得一提的是，由于GaN高集成度解決方案，設計人員無需學習新技術、他們只需在基于PowiGaN的反激式開關IC中進行設計即可立即獲得GaN提供的功率和尺寸優勢。設計人員可以更快地將產品推向市場，實現更少的組件數量和較小的PCB尺寸等高集成度的優勢。
正是因為在GaN領域研發的持續性投入，PI積累了大量技術和專業知識。提供全面的參考設計，以及一支專業的全球FAE團隊，以支持客戶的設計工作。PI的CEO Balu此前曾表示，“我們始終專注于對研發的長期投入，著眼于擴大我們的潛在市場并開發具有顛覆性的技術。這些努力需要很多年才能完全實現，但我們實現了，并且我對未來幾年感到興奮，因為如今我們已經看到了長期投資的回報。”
從未止步
PI一直擅長于將其獨有的工藝技術延伸至其各種復雜的產品組合中，比如無需使用任何磁芯材料即可在安規隔離帶之間進行反饋控制的FluxLink通信技術，已經廣泛應用在適配器、汽車、LED等多項應用中，并取得了成功。
展開 
GaN在RF領域應用的優勢、挑戰及應對之策
“我們已經學會了如何最大化GaN的優勢，并創造出具有最低噪聲系數以及高線性度和高生存能力的先進LNA。因此，GaN是所有高性能接收器系統的首選LNA技術，特別是在對抗擾性要求極高時，更加適用。”
總而言之，GaN技術已成為射頻/微波行業的主要力量。未來，隨著5G通信的成熟，其作用會進一步擴大。雖然GaN和PA齊頭并進，但人們不應忽視業界正在利用該技術開發LNA的工作。現在是時候將精力和資源投入到GaN的研發工作中去了，因為它的未來很光明。
來源：Microwaves & RF
作者Chris DeMartino
展開 5G催生第三代半導體材料利好 GaN將脫穎而出
相較目前主流的硅晶圓(Si)，第三代半導體材料SiC與GaN(氮化鎵)具備耐高電壓特色，并有耐高溫與適合在高頻環境下優勢，其可使芯片面積大幅減少，并簡化周邊電路設計，達成減少模塊、系統周邊零組件及冷卻系統體積目標，GaN應用范圍包括射頻、半導體照明、激光器等領域。
現行GaN功率元件以GaN-on-SiC及GaN-on-Si兩種晶圓進行制造，其中GaN-on-SiC強調適合應用在高溫、高頻的操作環境，因此在散熱性能上具優勢，其以5G基地臺應用最多，預期SiC基板未來在5G商用帶動下，具有龐大市場商機。
5G高頻特性，使GaN技術有伸展空間
目前基地臺用功率放大器(Power Amplifier，PA)主要為基于硅的橫向擴散金屬氧化物半導體(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor，LDMOS)技術，不過LDMOS技術僅適用于低頻段，在高頻應用領域存在局限性。
由于LDMOS功率放大器的頻寬會隨著頻率增加而大幅減少，運用于3.5GHz頻段的LDMOS制程已接近限制，性能開始出現下滑，在考慮5G商用頻段朝更高頻段發展下，過去LDMOS將逐漸難以符合性能要求，因此第三代半導體材料GaN技術崛起；由于GaN技術支援更高資料容量之多資料傳輸，同時搭配5G高速網絡，不論在頻寬、性能、容量、成本間可做出最佳成效。
展開 光伏也用氮化鎵！英飛凌搶先進入
近日，又有一個專注開發用于光伏逆變器的GaN技術的研究團隊取得新進展，其搭載了
英飛凌
的
首項GaN技術
，并有望盡快投入實際使用。
GaN-HighPower光伏逆變器
搭載英飛凌GaN技術
4月7日，據外媒報道，由
英飛凌
、
SMA Solar Technology
等
聯合開展的
GaN-HighPower
項目目前正處于穩步進行階段，而該項目的光伏逆變器
氮化鎵新技術
正在開發和
實際測試
中。
據悉，GaN-HighPower項目由政府資助，并得到
德國聯邦經濟事務
和氣候行動部 (BMWK) 約 380 萬歐元（
約2600萬人民幣
）的資金支持。目前，該項目正由
IEE
研究所協調測試，研究開發新組件并優化系統，使其盡可能高效運轉并盡快投入使用。
SMA Solar Technology AG 是世界領先的光伏和電池逆變器制造商之一，SMA 創新中心電力電子負責人 Klaus Rigbers 博士表示，GaN-HighPower聯合研究項目是開發基于氮化鎵半導體的
電源轉換器
，目的是為
光伏應用
準備下一代具有成本效益、資源節約和
高效
的轉換器，以降低成本和重量，同時
保持高效率
。
值得注意的是，
英飛凌
將負責這個光伏逆變器項目的氮化鎵半導體技術研究。
展開 GaN新技術：單晶生長僅需1小時，位錯低于1%
6月15日，日本舉辦了一場“新技術說明會”，其中介紹了一種“高質量GaN晶體生長方法”。
據介紹，該技術有幾個關鍵好處：
? 解決溶液生長法所存在的“夾雜物”問題，可將GaN晶體位錯缺陷降低至1%以下，從而獲得高質量晶體。
? 加快晶體生長時間，1小時就可以得到高質量的氮化鎵襯底。
? 可用濺射法生產價格低廉、大尺寸GaN晶體。
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傳統生長法：
存在夾雜物、生長速度慢
目前，業界已經開發出一些GaN單晶生長技術，比如氨熱法和Na flux（鈉助溶劑）法，這2種溶液生長法都能夠將位錯密度等缺陷最小化。
以Na flux為例，在LPE生長幾百微米后，籽晶的位錯密度可以從108 cm-2數量級減少到104 cm-2數量級。
不過，溶液生長法也存在2個問題：
一是晶體中會殘留溶液成分，后期會對GaN器件造成損壞。因此，要實現高質量的GaN單晶，不僅要降低位錯缺陷，還必須克服夾雜物的問題。
另一個問題是生長速度慢。研究發現，當氮壓力增加到閾值壓力以上，以提高LPE-GaN的生長速率時，坩堝中籽晶周邊會多晶GaN，多晶生長會把氮消耗掉，從而導致外延層的生長受到抑制，生長速度降低。
而且在傳統的Na flux法中，需要數十個小時才能使 GaN生長的氮濃度達到飽和。
日本新方法：
位錯低至1%，襯底生長僅1小時
為解決上述問題，日本國立材料科學研究所、東京工業大學聯合開發了一項新技術——助溶劑膜涂層液相外延法（FFC-LPE）。
展開 產能提升300%，GaN又有新技術
5月5日，《自然》期刊發表一項氮化鎵單晶的激光減薄新技術，其作者包括諾貝爾得主天野浩。
據介紹，該技術可以將氮化鎵襯底產能提升3倍，同時可以省去襯底拋光工藝，因此有助于幫助降低氮化鎵單晶器件制造成本，該技術也有望應用于碳化硅單晶切割。
根據文獻，
名古屋大學
和
日本國家材料科學研究所
等組成的研究團隊，新開發了一種 GaN襯底減薄技術——激光減薄技術。
此前，他們已證明可以用激光對GaN單晶進行切割，且切割后的GaN襯底經過
拋光
可以
重復使用
。
而此次他們通過實驗證明，該技術同樣適用于GaN-on-GaN HEMT器件制造，即在
器件制造之后
采用激光工藝進行減薄，該技術可顯著降低 GaN 襯底的消耗。
損耗大 良率低
傳統技術局限多多
眾所周知，GaN是一種十分理想的制作功率器件的材料。但是，GaN襯底價格昂貴，在GaN襯底上制造的 GaN 基器件尚未在廣泛的領域實現商業化。因此，為了盡可能地減少昂貴的GaN襯底的消耗，襯底切片
越薄越多
，
良率越高
，是切割技術所追求的目標。
但是傳統的技術卻有著諸多
局限
。
首先，
損耗大
。傳統技術無法避免切片過程中的
切口損耗
，且襯底面無法拋光重復使用，需耗損較多的GaN襯底來能得到一個器件層。
再者，
良率低
。傳統技術的一般流程是先切片，再鍵合相應的晶體，才能進行后續制造。那么則需考慮鍵合器件層等一系列問題，如化學和熱效應等。而在此過程中，增加了出現次品的可能性。
展開 智芯文庫 | 未來幾年會出現哪些GaN創新技術？
現在GaN很火 ，人們似乎忘記了GaN 依然是一項相對較新的技術，仍處于發展初期，還有較大的改進潛力和完善空間。本文將介紹多項即將出現的 GaN 創新技術，并預測未來幾年這些創新技術對基站設計和發展的影響。
功率密度
我們預計在未來三到五年內，GaN 強大的功率密度將得到進一步提升。如今已有方法利用 GaN 實現更高的功率密度，但成本極高，從商業角度而言還不可行。例如將 GaN 置于金剛石而非碳化硅襯底上，這一方案雖然可以成功，但費用高昂，無法運用于基站。相關人員仍在研究其它高效益但相對低成本的工藝，力爭在未來幾年內提高材料的原始功率密度。
這對 5G 基礎設施市場而言吸引力頗大，他們追求成本更低、效率更高、帶寬更大的基站。其它行業也對此表現出濃厚的興趣。雷達應用領域尤其受益，因其致力于在給定空間內提供更多功率和更高效率。隨著 GaN 在細分市場的迅猛增長，其規模效應將不斷擴大，價位也將持續下降。
線性度
毫無疑問，在基站領域中，GaN 半導體行業的首要考慮因素是提高線性功率。其研發工作均聚焦于未來幾年內如何提升線性效率。
與此同時，我們預計在未來三到五年內，基站的調制方案不會出現顯著變化。調制方式可以理解為每赫茲所傳輸數據的簡單計算。無論采用 256 QAM 還是 1024 QAM，系統都將于每赫茲帶寬獲得一定數量的位數據。如果這些數字不會發生顯著變化，那么從系統中獲得更多位數據的理想方式就是提高線性效率。
但這并非表示不能通過提高基礎設備的功率解決問題。即使未實現線性度改進，PA 的整體功率仍可帶來信號改善。此外，因其所需系統功率更低、天線陣列更少，此方法還有助于設計人員減少系統復雜性。
展開 智芯研報 | GaN電力電子器件的現在與未來
新能源汽車無疑是電力電子器件市場的主要驅動力，也是不同技術路線（Si、SiC和GaN）的主要爭奪市場。
從技術上而言，GaN電力電子器件在48V的混合動力汽車領域將擁有較強的競爭力，SiC更適合大功率主逆變器，Si基GaN電力電子技術更適合小功率DC/DC和AC/DC轉換器。預計到2025年，大部分的輕型車將采用48V逆變器。
同時GaN電力電子器件也可用于車載充電器（OBC）。目前部分企業正在設計與SiC與GaN兼容的OBC解決方案，一旦GaN技術達到了企業的技術和成本目標，GaN在新能源汽車OBC上的使用可能性將會大大提升。
但目前為止盡管GaN技術前景廣闊，但在新能源汽車上的應用現實情況并不樂觀。必須指出的是，由于在新能源汽車的應用中，對器件穩定性和可靠性的要求非常高，需要長時間的質量認證過程，在此過程中需要投入大量的研發經費；而SiC電力電子器件也將在如新能源汽車等領域與GaN電力電子器件的形成直接的競爭。在這種情況下，GaN電力電子器件在新能源汽車領域的應用發展可能還需要較長時間。
展開 
Micro LED | JBD與多孔氮化鎵技術公司Porotech達成合作；剛完成數億元Pre-A輪融資
據介紹，JBD公司是Micro-LED顯示技術領域的一家前沿公司，而Porotech將在該合作關系下，為JBD公司提供其專有的多孔氮化鎵(GaN)技術，以助力其開發出改變整個電子顯示行業的技術和產品。
Porotech公司的多孔氮化鎵技術是顯示技術的突破，它意味著在未來，再小的顯示設備也能顯示高亮度、高清晰和更生動的畫面。另一方面，近些年市場上新推出的Micro-LED也是智能手機、智能手表和VR/AR頭戴式設備等產品實現下一個飛躍的潛在技術。相比較于OLED，這種技術可以實現高亮度顯示，它在戶外環境中特別有用——可以提高顯示對比度，傳統顯示技術中，太陽光經過顯示器反射會極大降低顯示器的畫面對比度。
當前的Micro-LED技術有著一個很大的問題，那就是其性能會隨著設備尺寸的減小而惡化。不過，Porotech公司開發出了一種新型多孔GaN半導體材料，并憑借此技術重新定義了Micro-LED的潛力。另外，這種技術也非常適合大規模生產的性能改進，甚至還可以根據個別客戶的需求進行定制設計和生產。
就在去年，Porotech公司推出了全球首款用于Micro-LED 應用的商用原生紅色銦氮化鎵 (InGaN) LED外延片。JBD現在計劃使用Porotech公司的多孔GaN技術來制造InGaN基紅色Micro-LED顯示器，并將其用于VR/AR頭戴式設備、AR智能運動護目鏡和平視顯示器等應用。
展開 一文了解GaN應用領域
隨著技術進步，GaN 越來越受工程師的青睞。今天就帶大家了解一下GaN具體的應用領域。
一．軍事和航天領域的應用
軍事衛星
由于 GaN 比其他半導體技術更可靠、功率更高且更堅固耐用，隨著制造商開始從行波管放大器 (TWTA) 和 GaAs 技術轉向 GaN 技術，GaN 在這些系統中發揮著越來越重要的作用。
隨著功率密度的增加，GaN 使固態單芯片微波集成電路 (MMIC) 的組合達到了以前只有 TWTA 才能實現的功率水平。例如 Qorvo 的 Spatium，它采用已獲專利的空間組合技術來提高射頻功率、高效率和寬帶工作頻率。
Spatium 采用寬帶對極鰭線天線向 / 從超大的同軸波導發射，分裂成多個微帶電路。
雷達
衛星網絡中的射頻前端 (RFFE) 將越來越多地利用 GaN 等高功率固態寬帶技術。GaN 性能的持續提高有助于在 AESA 系統中提供高功率輸出的解決方案。
GaN 技術的主要優勢可以歸結為包括線性度、功率、效率、可靠性、尺寸和重量在內的幾個屬性。在 AESE 系統中，可靠性極其重要，GaN 能夠在更高信道溫度條件下可靠運行。
GaN MMIC 的高 PAE 意味著，在特定輸出功率下功耗更低，散熱要求更低，運行成本更低。
此外，在雷達平臺中使用高增益、高 PEA GaN MMIC 可縮減整個系統的尺寸和成本。這有助于滿足新型 AESA 雷達系統更嚴格的尺寸、重量、功率和成本 (SWaP-C) 要求。在必須實現重量和尺寸最小化的航空航天系統中，滿足 SWaP-C 要求極其重要。
電子戰
EW 應用需要采用具有寬帶功率和效率、小尺寸和最小重量的電子元件。
展開 一GaN企業又“砸下”45億
6月17日，聞泰科技子公司安世半導體（Nexperia）宣布，他們將在未來12—15個月，投資7億美元（約45億人民幣），除了擴產全球各個工廠的制造能力，還將重點支持GaN和電源管理IC等領域的研發。
8英寸GaN即將發布
瞄準電動汽車等市場
根據公告，安世在英國的8英寸生產線即將開始生產硅基氮化鎵器件。
就在不久前（5月4日）， 安世在PCIM歐洲會議上透露，為了降低了每片晶圓的成本，他們已經在大直徑硅襯底上生長厚GaN外延層方面取得了突破，現在已經可以在現有的8英寸晶圓廠進行加工。
據介紹，2016年6月份，安世宣布從恩智浦分拆出來，安世的名字來源于NXP的前身飛利浦半導體的一款多媒體芯片。
自2013 年以來，安世就在英國Hazel Grove工廠開發氮化鎵技術。2018年4月，還與Cree簽署了專利許可協議。
近年來，他們在大功率、高壓GaN領域不斷取得突破——2019年11月，安世推出650伏GaN器件，還獲得了AEC-Q101認證；2021年4月，安世推出第二代650 V功率GaN FET器件系列。
這些產品使得安世得以進入高壓應用領域，比如電動汽車、服務器、太陽能逆變器和伺服驅動器。尤其是電動汽車領域，安世不斷對外釋放相關進展信息。
2021年3月，安世 宣布已與聯合汽車電子系統 就氮化鎵半導體達成全面合作伙伴關系，將共同開發使用GaN技術的電動汽車電源系統解決方案。安世中國區總經理Paul Zhang表示，“我們計劃增加投資，并共同開設一個實驗室，以開發車載 GaN 技術應用。
展開 3項GaN技術強攻汽車市場
據分析，雖然GaN功率器件在汽車市場的滲透率較低，但未來幾年它的復合年增長率將達到185%。
為此，眾多氮化鎵企業已經在奔赴汽車賽道（.點這里.）。近日，又有3家氮化鎵企業瞄準汽車市場，推出了3項新技術。
CGD：
GaN HEMT柵壓高達20V
4月6日，Cambridge GaN Devices (
CGD
)公開介紹了他們的
ICeGaN技術
，他們首條采用ICeGaN技術的
產品線
將于2022年上半年發布。
據CGD業務發展副總裁 Andrea Bricconi 介紹，傳統的GaN HEMT器件，柵極驅動困難、研發耗時且成本高昂，柵極電壓還被限制在6-7V左右。而CGD的結合了Cascode和eMode氮化鎵的優勢，具有3V閾值電壓，并且柵極電壓可以擴展到大約20V。
因此他們的GaN器件具有2個優勢：
● 易于使用：GaN HEMT 可以輕松連接到驅動器和控制器。
● 節省成本：不需要額外的組件、電壓鉗位或昂貴的柵極驅動器。
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Bricconi 透露，他們正在牽頭GaNext等國際項目，GaNext 項目旨在開發適用于車載充電器 (OBC)、光伏逆變器等領域的氮化鎵功率器件，“首批配備 GaN 晶體管的汽車將在2024年至2025年問世，使用GaN可以使OBC的功率密度翻倍。"
CGD估計，到2026年，全球功率 GaN 市場將增長到超過10億美元，這主要得益于電動汽車和混合動力汽車對更輕、更高效的電源以及更緊湊和更強大的OBC的需求。
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