熱門關鍵字:ADAS | 藍牙5 | NB-IoT | AI | 工業4.0

訂閱電子報

立刻輸入Email,獲取最新的資訊:

收藏功能:
分享報新知:
其他功能:

推升RF應用元件整合度 氮化鎵特性一鳴驚人

文‧陳妤瑄 發布日期:2017/10/27 關鍵字:GaASGaNLDMOS相位陣列雷達

若要以矽(Si)與砷化鎵(GaAs)材料實現基地台、相位陣列雷達等RF應用,勢必得增加額外的散熱、保護晶片元件,而氮化鎵(GaN)適合高功率應用的材料特性,將可望解決這個問題,進一步推升RF應用元件的整合度。

穩懋半導體研發處處長王文凱表示,目前矽、砷化鎵在RF應用上已遇到製程與材料的雙重瓶頸。對於應用日新月異的需求,有越來越多客戶希望半導體材料能支援更大的功率、更高的頻率,雖從矽到砷化鎵的階段,著實已擴展了材料可支援的功率與頻率,但在下個階段,氮化鎵將會在RF應用上有大幅度的進展。

王文凱進一步表示,目前穩懋的客戶已經將砷化鎵應用於75~85GHz毫米波通訊上,但可惜的是,砷化鎵無法在高頻時維持同樣水準的功率,因當該材料進入到較高的頻率時,必定會損失一些功率密度,這讓應用的傳輸距離受到限制。這個問題讓產業開始尋找適合高頻、高功率應用的新材料。

雖現階段氮化鎵製程仍比較貴,但氮化鎵可實現的材料效率,卻比明顯橫向擴散金屬氧化物半導體(Lateral Diffused MOS, LDMOS)來得高。由於在4G/5G無線通訊基地台等需求上,材料效率是非常重要的,若綜合整體基地台成本來考量,氮化鎵製程的精進便有其必要性。具體而言,如今基地台的RF功率則為100~200W,這樣的高功率需求,若採用LDMOS等效率較差的材料,晶片元件將須搭配散熱模組,在設計晶片時也不容易提升功能整合度。

除了基地台,在相位陣列雷達(Phased Array Radar)中,RF功率傳遞則須仰賴射頻前端模組(Front-end Module),其包括了高功率PA、LNA、開關(Switch)。王文凱指出,由於過往的PA、LNA是以砷化鎵為材料,而Switch則因不適合以砷化鎵為材料,故採用其他的磁性材料進行保護。此外,當天線的功率太高,將可能導致雜訊放大,因此還要搭配限制器進行保護。如此一來,射頻前端模組的組成便顯得相當複雜。

目前一個相位陣列雷達,共須要由上千個此類型的射頻前端模組來組成,而上述的混合型材料對雷達組裝的簡化與縮小外觀尺寸,顯然是不利的。有鑑於此,若能透過氮化鎵材料來達成固態式Switch,將可順利使射頻前端模組,全面進化成採用氮化鎵製程的集成電路,不再須要因考量到材料特性的不同,將Switch製程進行額外分割。此外,一旦當相位陣列雷達的密度越高,其可以偵測的物體大小與精確度也將因此提高。

研討會專區
熱門文章