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新一代半导体材料——氧化镓的优点和应用

2023-03-15

氮化镓(GaN)是一种高性能化合物半导体.是一种III-V直接带隙化合物半导体,市场上第一代半导体是硅,主要解决数据运算、存储的问题;第二代半导体是以砷化镓为代表,它被应用到于光纤通讯,主要解决数据传输的问题;第三代半导体以氮化镓为代表,它在电和光的转化方面性能突出,在微波信号传输方面的效率更高,所以可以被广泛应用到照明、显示、通讯等各大领域,可在许多微波射频应用领域中提供速度和功率的出色组合解决方案.

氮化镓可为射频应用带来独特的优势.氮化镓独特的材料属性可为射频系统提供高功率附加效率、高功率输出、小巧外形、宽带宽、热优势和坚固耐用等优势.

许多商业、国防和航空系统都使用氮化镓.氮化镓独特的优势支持许多新的和现有的应用,包括雷达、卫星通信、商业无线网络和有线电视.

氮化镓对5G至关重要.为满足5G对数千兆网速和超低延迟性能的要求,设备制造商开始在大规模多路输入/多路输出(MIMO)系统中部署高功率氮化镓.

氮化镓可用于整个射频前端.氮化镓最初用于制造功率放大器(PA),但现在用于低噪声放大器(LNA)、高功率开关和混频器.多种氮化镓工艺和封装选项支持不同的应用.氮化镓半导体制造商已经开发了多种工艺和封装选项,使系统设计人员能够更轻松地找到适合其特定应用的分立元件、单芯片微波集成电路(MMIC)或模块.

氮化镓正在开拓新市场.由于其独特的性能,氮化镓开始扩展到许多新的领域,包括汽车、医疗系统和先进的科学应用.氮化镓技术将继续发展.未来氮化镓技术和封装方面的创新将支持更高的频率、更高的电压,甚至更宽的带宽,从而进一步推动氮化镓的普及.

氮化镓主要还是用于LED(发光二极管),微电子(微波功率和电力电子器件),场效电晶体(MOSFET).

在被称作发光二极管的节能光源中,氮化镓已经使用了数十年.在一些平凡的科技产品,如蓝光碟片播放器里,氮化镓也有应用.但耐热和耐辐射的特性,让它在军事和太空领域应用广泛.如今,反弹道导弹雷达和美国空军用来追踪空间碎片的雷达系统"太空篱笆"也使用了氮化镓芯片.

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SiC方面或GaN方面,从产业链分工的角度来看,目前Cree、Rohm、ST都已形成了SiC衬底→外延→器件→模块垂直供应的体系.而Infineon、Bosch、OnSemi等厂商则购买衬底,随后自行进行外延生长并制作器件及模块.

在氧化镓方面,日本在衬底-外延-器件等方面的研发全球领先.不过研究氧化镓功率元件并进行开发的并不是上述范畴的大中型功率半导体企业,而是初创企业.

我国其实开展氧化镓研究已经十余年,但是直到近年来46所的技术突破实现了距离产业化"一步之遥",从公开资料能了解到目前从事GaO材料和器件研究的单位和企业,主要是中电科46所、西安电子科技大学、上海光机所、上海微系统所、复旦大学、南京大学等高校及科研院所,和科技成果转化的公司北京镓族科技、杭州富加镓业。

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