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国内碳化硅衬底氮化镓材料试制成功,5G芯片国产化再进一步

2019-02-24
关键词: 云计算 物联网 5G 芯片

据业内人士透露,作为芜湖大院大所合作的重点项目,国产化5G通信芯片用最新一代碳化硅衬底氮化镓材料试制成功,打破国外垄断。这标志着今后国内各大芯片企业生产5G通信芯片,有望用上国产材料。大数据传输、云计算、AI技术、物联网,包括下一步的能源传输,对网络传输速度及容量提出了越来越高的要求,大功率芯片的市场需求非常大。

氮化镓有哪些优缺点

氮化镓材料系列具有低的热产生率和高的击穿电场,是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料,用氮化镓制备出了金属场效应晶体管(MESFET)、异质结场效应晶体管(HFET)、调制掺杂场效应晶体管(MODFET)等新型器件,是制作微波器件的优先材料。

氮化镓的优点是禁带宽度大(3.4eV),热导率高(1.3W/cm-K),则工作温度高,击穿电压高,抗辐射能力强;导带底在Γ点,而且与导带的其他能谷之间能量差大,则不易产生谷间散射,从而能得到很高的强场漂移速度(电子漂移速度不易饱和);GaN易与AlN、InN等构成混晶,能制成各种异质结构,已经得到了低温下迁移率达到105cm2/Vs的2-DEG(因为2-DEG面密度较高,有效地屏蔽了光学声子散射、电离杂质散射和压电散射等因素);晶格对称性比较低(为六方纤锌矿结构或四方亚稳的闪锌矿结构),具有很强的压电性(非中心对称所致)和铁电性(沿六方c轴自发极化)。在异质结界面附近产生很强的压电极化(极化电场达2MV/cm)和自发极化(极化电场达3MV/cm),感生出极高密度的界面电荷,强烈调制了异质结的能带结构,加强了对2-DEG的二维空间限制,从而提高了2-DEG的面密度(在AlGaN/GaN异质结中可达到1013/cm2,这比AlGaAs/GaAs异质结中的高一个数量级),这对器件工作很有意义。

氮化镓的前景

氮化镓的优点弥补了其缺点,特别是通过异质结的作用,其有效输运性能并不亚于GaAs,而制作微波功率器件的效果(微波输出功率密度上)还往往要远优于现有的一切半导体材料。

除了军用雷达的需求,在有争议和拥挤的环境中运行的操作要求,以及能够应对现代敏捷雷达和通信等优势,将为RF GaN在电子战市场带来机会。在日益复杂的频谱环境中,在更广泛和更高带宽上同时安全地传输语音、数据和视频将支持军事通信系统设计的趋势。我们预计相关的元器件需求也将越来越多地受到RF GaN的支撑。”无线基站仍然是RF GaN的单一最大收入部分,其渗透率越来越高,同比增长超过20%。报告称,虽然中国LTE部署的巨大推动已经结束,但无线行业在维护和在某些情况下压缩5G部署时间表方面做得非常好。由此产生的5G基站部署将成为RF GaN的主要商业增长驱动力。

先进半导体应用服务部主管Eric Higham指出,“GaN改善了高频、瞬时带宽、线性度和环境性能,这使得设备制造商能够开发出更高容量、更高功率和更高性能的无线电设备。5G部署将在多个方面为GaN提供机会,需求来自固定和移动应用,工作频率低于6GHz,以及Ka频段和更高毫米波


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