當(dāng)氮化鎵（GaN）射頻功率晶體管在2000年代中期投入使用伊拉克和阿富汗的反簡(jiǎn)易爆炸裝置干擾器時(shí)，該技術(shù)還處于起步階段。如今，GaN分立器件和單片微波集成電路MMIC在國(guó)防、衛(wèi)星通信和5G等市場(chǎng)上是砷化鎵（GaAs）的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。這是有充分理由的，因?yàn)橛捎谄錁O高的功率密度，GaN可以在給定的芯片面積內(nèi)產(chǎn)生比用于射頻發(fā)電的任何其他半導(dǎo)體技術(shù)更多的射頻功率。它還可以在五倍于10 GHz以上具有更高功率效率的GaAs器件的電壓和兩倍的電流下工作，并在更高的溫度下工作。

那么，這是否意味著GaN將在每種應(yīng)用中取代GaAs？答案是否定的，這就是為什么Microchip生產(chǎn)分立式以及GaN和GaAs MMIC產(chǎn)品，并擁有業(yè)內(nèi)最廣泛的RF半導(dǎo)體產(chǎn)品之一，從低噪聲放大器到前端模塊，RF二極管，開(kāi)關(guān)，電壓可變衰減器，SAW和MEMS振蕩器以及將微控制器與RF收發(fā)器（Wi-Fi? MCU）相結(jié)合的集成模塊。

要了解所有這些技術(shù)最適合的地方，重要的是要說(shuō)明每種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。例如，砷化鎵仍然是用途最廣泛的半導(dǎo)體材料，因?yàn)樗糜趶?a href="http://www.1cnz.cn/tags/功率放大器/" target="_blank">功率放大器到混頻器、開(kāi)關(guān)、衰減器、調(diào)制器和限流器以及太陽(yáng)能電池、激光二極管和 LED 的應(yīng)用。如果沒(méi)有砷化鎵，一些應(yīng)用將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

從 1980 年代后期開(kāi)始，它負(fù)責(zé)對(duì)有源相控陣?yán)走_(dá)進(jìn)行現(xiàn)代化改造，并且可以說(shuō)使智能手機(jī)和其他連接設(shè)備成為可能。砷化鎵器件還用于電纜系統(tǒng)分配放大器、微波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路以及許多其他高達(dá) 90 GHz 的射頻應(yīng)用。然而，盡管可以使用GaAs構(gòu)建相對(duì)高功率的放大器模塊，但GaN需要的功率要少得多，以實(shí)現(xiàn)更高的RF輸出功率，而RF輸出功率將在未來(lái)幾年繼續(xù)增加。

公平地說(shuō)，重要的是要注意LDMOS技術(shù)隨著時(shí)間的推移而進(jìn)步，并且具有非常堅(jiān)固的優(yōu)點(diǎn)，一些分立LDMOS晶體管能夠在大于65：1的阻抗失配下工作而不會(huì)退化或損壞，而GaN和GaAs目前限制在20：1左右。它們還可以產(chǎn)生高達(dá)近 2 kW 的射頻輸出功率。然而，它們的頻率被限制在大約4 GHz，因此，雖然它們?cè)谖磥?lái)幾年仍然是L波段和S波段雷達(dá)、廣播發(fā)射器、醫(yī)療成像系統(tǒng)、工業(yè)加熱和干燥中的關(guān)鍵射頻發(fā)電，但它們最終將被可以工作到毫米波區(qū)域的GaN所取代。

如前所述，GaN的最大優(yōu)勢(shì)之一是其非常高的功率密度，這使得它能夠以比硅或GaAs小得多的柵極外圍產(chǎn)生非常高的RF功率水平。這意味著能夠從一個(gè)非常小的設(shè)備產(chǎn)生真正驚人的射頻功率，這使得GaN非常適合下一代有源電子控制陣列（AESA）雷達(dá)和許多其他應(yīng)用。而GaN的潛力剛剛實(shí)現(xiàn)，所以在未來(lái)，至少20 W/mm的功率密度應(yīng)該是可以實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)然，這取決于熱量從芯片向外通過(guò)基板散發(fā)到散熱器、散熱器以及可能的外部冷卻子系統(tǒng)的速度和效率。雖然碳化硅（SiC）基板目前是常態(tài)，但金剛石或鋁-金剛石金屬基復(fù)合材料可能會(huì)變得更加普遍，因?yàn)榻饎偸诘厍蛏先魏尾牧现芯哂凶罡叩膶?dǎo)熱性。

與之前的砷化鎵和LDMOS一樣，GAN是一項(xiàng)革命性的技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)未來(lái)的射頻、微波和毫米波系統(tǒng)方面發(fā)揮著巨大的作用。但這不是靈丹妙藥，砷化鎵將在很多很多年里仍然是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。Microchip并沒(méi)有忘記這一事實(shí)，其致力于優(yōu)化GaAs的性能，同時(shí)在未來(lái)擴(kuò)展其GaN產(chǎn)品組合。

審核編輯：郭婷