GaN闪耀，但它并不是天空中唯一的星星

当氮化镓（GaN）射频功率晶体管在2000年代中期投入使用伊拉克和阿富汗的反简易爆炸装置干扰器时，该技术还处于起步阶段。如今，GaN分立器件和单片微波集成电路MMIC在国防、卫星通信和5G等市场上是砷化镓（GaAs）的强大竞争对手。这是有充分理由的，因为由于其极高的功率密度，GaN可以在给定的芯片面积内产生比用于射频发电的任何其他半导体技术更多的射频功率。它还可以在五倍于10 GHz以上具有更高功率效率的GaAs器件的电压和两倍的电流下工作，并在更高的温度下工作。

那么，这是否意味着GaN将在每种应用中取代GaAs？答案是否定的，这就是为什么Microchip生产分立式以及GaN和GaAs MMIC产品，并拥有业内最广泛的RF半导体产品之一，从低噪声放大器到前端模块，RF二极管，开关，电压可变衰减器，SAW和MEMS振荡器以及将微控制器与RF收发器（Wi-Fi® MCU）相结合的集成模块。

要了解所有这些技术最适合的地方，重要的是要说明每种技术的优势。例如，砷化镓仍然是用途最广泛的半导体材料，因为它用于从功率放大器到混频器、开关、衰减器、调制器和限流器以及太阳能电池、激光二极管和 LED 的应用。如果没有砷化镓，一些应用将无法实现。

从 1980 年代后期开始，它负责对有源相控阵雷达进行现代化改造，并且可以说使智能手机和其他连接设备成为可能。砷化镓器件还用于电缆系统分配放大器、微波点对点链路以及许多其他高达 90 GHz 的射频应用。然而，尽管可以使用GaAs构建相对高功率的放大器模块，但GaN需要的功率要少得多，以实现更高的RF输出功率，而RF输出功率将在未来几年继续增加。

公平地说，重要的是要注意LDMOS技术随着时间的推移而进步，并且具有非常坚固的优点，一些分立LDMOS晶体管能够在大于65：1的阻抗失配下工作而不会退化或损坏，而GaN和GaAs目前限制在20：1左右。它们还可以产生高达近 2 kW 的射频输出功率。然而，它们的频率被限制在大约4 GHz，因此，虽然它们在未来几年仍然是L波段和S波段雷达、广播发射器、医疗成像系统、工业加热和干燥中的关键射频发电，但它们最终将被可以工作到毫米波区域的GaN所取代。

如前所述，GaN的最大优势之一是其非常高的功率密度，这使得它能够以比硅或GaAs小得多的栅极外围产生非常高的RF功率水平。这意味着能够从一个非常小的设备产生真正惊人的射频功率，这使得GaN非常适合下一代有源电子控制阵列（AESA）雷达和许多其他应用。而GaN的潜力刚刚实现，所以在未来，至少20 W/mm的功率密度应该是可以实现的。

当然，这取决于热量从芯片向外通过基板散发到散热器、散热器以及可能的外部冷却子系统的速度和效率。虽然碳化硅（SiC）基板目前是常态，但金刚石或铝-金刚石金属基复合材料可能会变得更加普遍，因为金刚石在地球上任何材料中具有最高的导热性。

与之前的砷化镓和LDMOS一样，GAN是一项革命性的技术，在实现未来的射频、微波和毫米波系统方面发挥着巨大的作用。但这不是灵丹妙药，砷化镓将在很多很多年里仍然是一项关键技术。Microchip并没有忘记这一事实，其致力于优化GaAs的性能，同时在未来扩展其GaN产品组合。

审核编辑：郭婷