射频氮化镓(GaN)技术正在走向主流应用

现在能够提供射频氮化镓器件的厂商主要有科锐、英飞凌、Macom、恩智浦、Qorvo和住友等厂商。（英飞凌在2016年7月已经宣布收购科锐的Wolfspeed部门，Wolfspeed提供碳化硅功率器件和碳化硅基氮化镓射频器件）。还有包括波音、Northrop Grumman和雷神等在内的军工厂商也在开发氮化镓和其他三五价技术。

氮化镓可用于制造场效应管（FET）。平面氮化镓场效应管和硅基的MOSFET类似，通过栅极控制电流从源极流向漏极。

不过制造工艺上氮化镓和CMOS不同。氮化镓的衬底是在高温下利用金属有机气相沉积（MOCVD）或者分子束外延（MBE）技术生长的。氮化镓与一般半导体材料的最大区别是禁带更宽。禁带宽度是表征价电子被束缚强弱程度的一个物理量，禁带越宽，对价电子的束缚越紧，使价电子摆脱束缚成为自由电子的能量越大。禁带宽度也决定了自由移动电子的质量。

氮化镓的禁带宽度是3.4 eV（电子伏特），另一种宽禁带材料碳化硅是3.3eV，对比一下，现在的射频工艺砷化镓（GaAs）的禁带宽度是1.4eV，而硅是1.1eV。

用氮化镓和碳化硅等宽禁带材料制造的芯片能够承受更高的电压，所以与其他技术相比，输出能量密度更高，可工作环境温度也更高。"此外，氮化镓器件在技术上还有很多优势，例如更高的输出阻抗。高输出阻抗可以使氮化镓器件的阻抗匹配和功率组合更容易，这样可以覆盖更宽的频率范围，提高射频功放器件的适用性。"NI AWR事业部技术市场总监David Vye说道。

氮化镓器件有什么缺点呢？缺点就是太贵了，现在绝大部分射频氮化镓器件是用又贵又小的碳化硅做衬底生产的。氮化镓具备独特的宽禁带特性，但太贵了！

除了成本，射频氮化镓器件也有一些其他的问题。"设计工程师需要精确的氮化镓器件模型来进行电路仿真，完成现代通信系统所需要的高效率、高线性度的功放阻抗匹配与偏置电路设的设计。"Vye说道，"此外，工程师正准备把氮化镓应用到一些新领域，例如包络跟踪、数字预校正、谐波负载牵引测试仿真技术等。这些应用都依赖极大的数据集，因为要求测试系统又快又准确，还要自适应。"