2006/11/16 来源: 电子系统设计

与硅LDMOS和砷化镓(GaAs)等较传统的技术相比，GaN晶体管可以提供较好的线性功率和效率，以及较高的带宽。众多晶体管开发都将满足不断发展的WiMAX产品、最新无线基站和其它未来技术的需求。

无论是在模拟电路还是数字电路中，晶体管都是这些电路中的重负荷器件。在现代大功率应用中，晶体管几乎完全取代了真空管。自从上世纪中期发明晶体管以来，这些器件一直都在不断地发展。比如，现在的许多大功率晶体管制造商就正在转向使用氮化镓(GaN)。与硅LDMOS和砷化镓(GaAs)等较传统的技术相比，GaN晶体管可以提供较好的线性功率和效率，以及较高的带宽。虽然GaN已经成为目前许多应用中的热门技术，但它不会取代某些传统技术。相反，它会给放大器制造商带来更宽的晶体管选择范围，制造商可以根据这些不同晶体管来满足各种应用的不同需求。

例如，目前已有越来越多的公司由于GaN能够提供更高频率和更高输出功率而选择它。2006年6月在加利福尼亚旧金山举行的国际微波座谈会(IMS)上，东芝美国电子元件公司(Toshiba America Electronic Components，TAEC)推出了6GHz时输出功率高达174W的GaN功率场效应晶体管(FET)。为了实现这个重大的性能增强，TAEC针对6GHz的工作频段对外延层和芯片结构进行了优化。另外，它还采用了四芯片组合结构来最大程度地减少发热。最终的GaN功率FET的功率密度是GaAs FET的8倍。东芝计划改进这个技术，将其用于散热问题的管理，并将开发一系列用于卫星和地面点到点通信应用的GaN产品。该技术的其它应用还包括雷达、国家安全和医疗应用。例如，在特殊应用中，消费者可以看到RF加热可用于治疗瘤。

Nitronex公司也因为其GaN技术而闻名，该公司早在2001年宣布生产4英寸(而不是2英寸)硅晶圆的GaN结构高电子迁移率晶体管(HEMT)时就已声名大躁。从此以后，该公司就一直致力于GaN技术的开发工作。今年三月，Nitronex发布了用于WiMAX应用，效率范围为的3.3GHz～3.8GHz的50W 28V GaN HEMT。对于Vds=28 V，中心频率为3.5GHz时，Idq=750mA。为了实现高宽带性能，该晶体管只在输入端进行了匹配，输出端没有匹配。PNPT35050就是采用SIGANTIC GaN-on-Si平台技术制造的。　

RF Micro Devices(RFMD)公司日前宣布了其首个大功率晶体管系列。这些HEMT可以提供高达4 W/mm的功率密度，并可实现28V的偏压操作以及高达16dB的增益。这些晶体管是WCDMA和WiMAX应用中120W芯片组的核心技术(图1)。放大器可在通用移动技术系统(UMTS)和WiMAX频段分别提供高达67%和60%的峰值泄漏效率，另外还可确保在高温下提供1000小时的可靠操作。由于具有较高的线性度，这些产品可通过尽可能接近峰值功率工作来提供高效率。



HEMT采用0.5?m GaN HEMT工艺技术，当许多其他公司一度向无生产线模式过渡时，RFMD再次利用了其商业晶圆工厂来生产这些晶体管。

这些晶体管的目标应用包括：UMTS无线基础设施、2.5GHz和3.5GHz WiMAX基础设施，以及用于A/B类操作的前置推动级和推动级。该公司的实验室目前已有48V GaN器件，该器件计划于下个季度推出。

2006年5月，Cree公司也推出了GaN HEMT。该晶体管是Cree首个计划用于宽带和WiMAX市场的封装GaN系列产品。这个15W GaN晶体管的型号为CGH35015，该晶体管针对工作频率为3.3GHz和3.9GHz的宽带无线接入(BWA)应用而优化。通常情况下，该晶体管可以在该频率范围内实现2.5W的平均输出功率和20%的泄漏效率。在正交频分多路复用(OFDM)调制模式下，它可在28V的工作电压下实现11dB的小信号增益和2%的误差矢量幅度(EVM)。

Eudyna公司的180W GaN HEMT的目标应用也是WiMAX市场。ES/EGN26A180IV具备VDS = 50 V的高压操作能力(图2)。通常情况下，它可在3dB的压缩点(P3dB)实现+53.0dBm的输出功率，P3dB压缩点时效率通常为55%，2.6GHz下的线性增益为14.0dB。GaNHEMT可确保为工作电压为50V的大功率L频段放大器提供易于匹配、高级一致性以及高带宽特性。该晶体管的目标应用为高压工作的低电流和宽带应用，180W ES/EGN35A180IV也非常适用于这些应用。EGN35A180IV的许多技术指标都与EGN26A180IV相同，不同之处在于前者可以在P3dB压缩点实现50%的典型效率，并在3.5GHz下实现12.0dB的线性增益。



另外，Eudyna公司还提供90W ES/EGN26A090IV，该GaN HEMT工作于+50 VDC的栅/源极电压，P3dB压缩点时通常可以提供+50.0dBm的输出功率。该晶体管的关键特性在于其可在P3dB压缩点实现55%的典型效率，以及2.6GHz下实现14.0dB的线性增益。其同系列器件ES/EGN35A090IV在P3dB压缩点可提供50%的典型效率，但后者也可提供相同级别的操作和大功率。另外，该器件在3.5GHz的典型频段时线性增益为12.0dB。

作者：Nancy Friedrich，《Micorwave & RF》