德國大幅提升GaN高頻晶體管在1-2GHz的輸出功率，100V，功率附加效率77.3%
編者按：今天的第二篇是Yole公司和ResearchAndMarkets公司分別給出的關於功率器件和射頻半導體器件的市場預測，GaN在兩個領域都將呈現快速發展。歡迎查閱。
德國弗勞恩霍夫應用固體物理研究所IAF的研究人員大幅提升了氮化鎵（GaN）基高頻晶體管在1-2 GHz頻率範圍內的輸出功率：器件的工作電壓從50V翻倍至100V，功率附加效率（PAE）達到77.3％。
研究成果
晶體管的功率密度是在GHz範圍內高功率應用的最重要指標之一，不僅決定了放大器模塊的大小，還在更大範圍上決定了系統的複雜性，而兩者決定了製造成本和所需的資源。有幾種增加晶體管功率密度的方法。IAF的研究人員選擇了增加工作電壓的方法：通過縱向和橫向縮放晶體管設計，他們在歐洲首次成功實現了適用於100V工作電壓應用的高頻GaN晶體管，顯著提高GHz頻率範圍內的功率密度。
實驗室測量結果
實驗室測量表明，在1.0GHz頻率下，功率密度超過17W/mm，PAE為77.3％。這是有史以來公開報道在此頻率範圍、100V電壓工作達到的最高功率附加效率。測試還表明，該技術在125V電壓的功率密度超過20W/mm。研究人員於2019年12月在舊金山舉行的國際電子設備會議（IEDM）上首次展示了他們的結果。
技術優勢
兩倍的電壓可獲得更高的功率。該技術的主要開發者，FraunhoferIAF的Sebastian Krause解釋說：“將工作電壓從50V提升至100V，可以實現更高的功率密度，意味著系統可以在相同體積內提供比市售50V或65V技術更大的功率。”。一方面，這使具有相同尺寸的系統具有更高的輸出功率。另一方面，可以創建更緊湊、更輕便的系統來提供相同的功率。Krause說：“通過將工作電壓加倍至100V，對於給定功率，晶體管顯示出四倍高的輸出阻抗。”這可實現更小和損耗更少的匹配網絡，進而使得整個系統的能源效率更高。
應用--工業高功率系統
Krause解釋說：“我們發展的長期目標是在10 GHz頻率下運行。”這將使基於弗勞恩霍夫研究所成為此類100V GaN基器件的第一來源。這項技術可實現具有更高功率的高效放大器，滿足等離子體產生、工業加熱，通信和雷達技術領域應用，對於高性能應用有重要意義，如粒子加速器、工業微波加熱器、移動電話放大器、脈衝和連續波雷達、等離子發生器的放大器。這些系統需要高輸出功率，同時又要保持較小的體積，這正是100 V技術可以提供的功率。例如，粒子加速器在研究、醫療技術和工業中起著重要作用。高頻等離子發生器用於半導體基芯片、數據存儲介質或太陽能電池生產中的塗層工藝。
應用--功率半導體替代真空組件
另一個主要的工業應用領域是用於微波加熱的發電機。Krause說：“在該領域，工業通常在較高的頻率下工作，但目前主要使用真空組件，如磁控管或速調管。我們正在努力提供基於半導體的替代產品。半導體的體積更小，重量更輕，支持相控陣等。”。
長期以來，基於電子管的組件（如行波管）一直主導著具有高輸出功率的電子系統。但是，發展正轉向功率半導體。Fraunhofer IAF的科學家認為，基於GaN的100V技術可以為提高微波發生器輸出功率提供有效的替代方案。
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