三維鰭式GaN高線性微波功率器件技術(shù)獲重要突破

據(jù)報道，該所重點實驗室張凱博士發(fā)表在國際半導(dǎo)體器件權(quán)威期刊《IEEE Electron DeviceLetters》上的論文《High-Linearity AlGaN/GaN FinFETs for Microwave Power Applications》即《三維鰭式GaN高線性微波功率器件》被國際半導(dǎo)體行業(yè)著名雜志《Semiconductor Today》進(jìn)行專欄報道，受到國內(nèi)外業(yè)界關(guān)注。

《Semiconductor Today》報道截圖。

張凱博士的論文聚焦重點實驗室近期在GaN高線性技術(shù)方面獲得的多個重要突破，創(chuàng)新提出三維GaN FinFET微波功率器件，克服了GaN平面器件瓶頸，極大改善了跨導(dǎo)平整度，大幅提升GaN器件線性度，同時維持高的輸出功率和效率，為下一代移動通信高性能元器件奠定基礎(chǔ)。本成果也是首次展示GaN三維器件相對于二維器件在微波功率應(yīng)用的優(yōu)勢與潛力，有力推動了GaN三維器件的實用化進(jìn)程。該成果研制過程中得到國家自然科學(xué)基金、預(yù)研基金等課題的支持。

NEDI提出的高線性GaN FinFET器件以及跨導(dǎo)特性

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而CETC第五十五研究所是我國大型電子器件研究、開發(fā)及應(yīng)用研究所之一，擁有砷化鎵微波毫米波單片和模塊電路國家重點實驗室、國家平板顯示工程技術(shù)研究中心， 主要從事微電子、光電子、真空電子和MEMS等領(lǐng)域的各種器件、電路、部件和整機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)和生產(chǎn)。對于我國國防工業(yè)來說，該所最大的貢獻(xiàn)莫過于研發(fā)的T/R組件，即無線電收發(fā)模塊，主要應(yīng)用于各種相控陣?yán)走_(dá)上，包括戰(zhàn)斗機(jī)火控雷達(dá)，預(yù)警機(jī)，“中華神盾”和防空用雷達(dá)等。

影響相控陣?yán)走_(dá)的除了雷達(dá)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計之外，作為最前端負(fù)責(zé)無線電收發(fā)的T/R組件性能對雷達(dá)整體性能的影響也是非常大的。目前國際主流的T/R組件類型有砷化鎵和氮化鎵兩種，其中氮化鎵是近幾年才出現(xiàn)的新興事物，不光應(yīng)用于雷達(dá)射頻等設(shè)備，無線電通信也非常需要高性能的氮化鎵半導(dǎo)體組件。

同為中電集團(tuán)下屬14所生產(chǎn)的KLJ-7A相控陣?yán)走_(dá)，安裝有多達(dá)1000多個T/R組件

作為專門負(fù)責(zé)T/R組件研發(fā)的單位，五十五所在突破了砷化鎵T/R組建之后就馬不停蹄的繼續(xù)為中國國防工業(yè)研發(fā)了氮化鎵T/R組件。然而由于材料特性等原因，作為新生事物氮化鎵T/R組件會出現(xiàn)一些原先所沒有遇到過的問題。除了采用金剛石作為襯底材料來改善熱傳導(dǎo)性能，降低組件功耗之外，三維GaN FinFET的應(yīng)用可以說是另辟蹊徑。

在當(dāng)前半導(dǎo)體行業(yè)開始推進(jìn)各種三維結(jié)構(gòu)芯片的潮流下，引入三維結(jié)構(gòu)，將GaN二維器件改進(jìn)成三維結(jié)構(gòu)，可以說是一大創(chuàng)新。簡單的說，一樣的功耗，體積的T/R組件，將能提供出更精確的雷達(dá)波形和更高的射頻功率，在不增加外部能耗需求的情況下，進(jìn)一步提高雷達(dá)基本性能。