2005 年,美國國防部高級研究計劃局(DARPA)為開始將氮化鎵(GaN)視為砷化鎵(GaAs)的替代品,開始為制造商提供 GaN 研發(fā)資金,從而開始致力于其發(fā)展??梢哉f近十年來,電子戰(zhàn)和雷達最大的變化之一就是材料由 GaAs 向 GaN 過渡,度由此帶來功率、可靠性和經(jīng)濟上的改善。已經(jīng)證實,在可靠性和導熱率方面 GaN 都超過 GaAs。
GaN 已經(jīng)在大部分高功率軍事應用中占據(jù)強有力的穩(wěn)固地位,,并已占領一些有線電視和蜂窩基礎設施市場,但是 LDMOS 目前仍占據(jù)基礎設施和工業(yè)市場的絕大部分份額。但這種情況可能很快就會改變,因為 GaN 性能與 LDMOS 基本相當甚至更勝一籌。
當其他國家的制造廠商都在關注 3 或 4 英寸的 GaN 晶圓,美國制造商已經(jīng)將重心轉移到 6 英寸的 GaN 晶圓生產(chǎn)上。一些公司已經(jīng)宣布會在接下來的一到兩年內(nèi)轉到 6 英寸生產(chǎn)上。
Qorvo
Qorvo 成立于 2015 年 1 月,其前身是 RFMD 和 TriQuint。Qorvo 是全球移動、基礎設施和航天航空 / 國防應用領域提供核心技術和 RF 解決方案的領先供應商,可讓戰(zhàn)略客戶獲得全球最廣泛、最先進的 III-V 技術組合。
Qorvo(TriQuint)公司于 1999 年開始探索 GaN 的可行性,并于 2008 年推出了第一個 SiC 基 GaN 的生產(chǎn)工藝。
2014 年 6 月 Qorvo(TriQuint)達到了制造成熟度(MRL)9 級,2014 年 7 月 29 日公司也被美國國防部(DoD)認證為可提供代工、后道工藝、封裝和組裝、射頻測試等服務的微電子可信供應商(種類 A1),是第一個實現(xiàn) GaN 射頻芯片制造成熟度 MRL 達到 9 級的生產(chǎn)商,符合全部性能、成本和產(chǎn)能目標,并具備全速率生產(chǎn)的能力。
2015 年 5 月 Qorvo 推出了采用 GaN 的 Ku 和 Ka 波段的功率放大器,能提高商業(yè)小孔徑終端和軍用衛(wèi)星通信的效率、增益和功率。
2015 年 9 月公司成功將專有的 SiC 基 QGaN25 工藝技術擴展用于在 6 英寸晶圓上生產(chǎn)單片微波集成電路(MMIC),預計從 4 英寸過渡到 6 英寸晶圓,大約能使 Qorvo 公司的碳化硅基氮化鎵生產(chǎn)能力增加一倍,并且有利于降低制造成本,對價格實惠的射頻器件生產(chǎn),能起到顯著的推進作用。
Qorvo 公司認為 GaN 已經(jīng)成熟,公司 GaN 產(chǎn)量的增加源于從有線電視到手機信號塔的商業(yè)需求。
Qorvo 公司目前有三大工藝 QGaN50(0.5µm)、QGaN25(0.25µm)、QGaN15(0.15µm),之前作為獨立的公司,RFMD 和 TriQuint 都提供 GaN 制造服務,但自從合并為 Qorvo 以來,它們則只與“戰(zhàn)略”客戶(如 Lockheed Martin)合作。
Raytheon
Raytheon 公司是美國甚至全球軍工技術、政府與商業(yè)電子技術等行業(yè)的龍頭老大。
公司 1999 年開始研究氮化鎵中,2000 年推出第一個 MMIC 產(chǎn)品;2009 年開始在 4 英寸基板上生產(chǎn),目前公司所有產(chǎn)品都符合 DARPA 的標準
公司位于美國馬薩諸塞州的制造廠屬于公司國防部門 RF Components,通過美國國防部(DoD)的認證,成為 1A 類“可信代工 Trusted Foundry”服務提供商。
2014 年 6 月,雷聲公司表示已經(jīng)成功地演示了裝備有 AESA 和 GaN 的“愛國者”雷達。基于 GaN 的 AESA 賦予雷達 360°的監(jiān)視能力。
2015 年 2 月,美國政府批準雷聲公司研制的裝備有 AESA/GaN 的新型“愛國者”雷達進入國際市場銷售。
2015 年雷聲公司的 AMDR 雷達將作為首個采用 GaN 芯片的雷達交付,AMDR 雷達將被整合到美國海軍 DDG 51 Flight III 型驅逐艦上。
MACOM
MACOM 是射頻微波領域的先驅者,是全球領先的射頻 / 微波 / 光學半導體和混合光、電芯片的完整解決方案領先供應商。
MACOM 有兩大類氮化鎵器件,第一類是基于碳化硅襯底的氮化鎵器件;第二類是基于硅襯底的氮化鎵器件,第二類性價比很高。
公司開發(fā)基于硅襯底的氮化鎵功率放大器,在盡量接近基于碳化硅工藝的基礎上,把成本降低了很多。這將非常有助于推動氮化鎵半導體工藝往大批量有低成本要求的商業(yè)領域應用進行拓展。在用量非常大的無線能源和無線通信領域,比如基站等應用,我們基于硅襯底的氮化鎵功率放大器成本和傳統(tǒng) LDMOS 的成本現(xiàn)在是可以比擬的。
Northrop Grumman
Northrop Grumman 是是世界上最大的雷達制造商和最大的海軍船只制造商,主要為全球客戶提供系統(tǒng)協(xié)同化、防衛(wèi)電器和信息技術的創(chuàng)新解決方案,公司位于加利福尼亞州的制造廠通過美國國防部(DoD)的認證,成為 1A 類“可信代工 Trusted Foundry”和“可信設計 Trusted Design”服務提供商。位于馬里蘭州的制造廠通過美國國防部(DoD)的認證,為 1A 類“可信代工 Trusted Foundry”服務提供商。
Northrop Grumman 利用內(nèi)部強大的制造能力,已將 GaAs 和 GaN 發(fā)射 / 接收模塊混合并匹配到了同一孔徑中。
2015 年 8 月 25 日,Northrop Grumman 獲得美國海軍陸戰(zhàn)隊 900 萬美元資助,進行 GaN 生產(chǎn)。
Lockheed Martin
Lockheed Martin 與上述競爭對手不同,公司沒有晶圓制造廠。公司借助于商業(yè)制造廠商美國 Wolfspeed 公司(原 Cree)和 Qorvo 公司(原 TriQuint)。Lockheed Martin 的模式是將自己的系統(tǒng)需求交給兩個商業(yè)制造廠。
Lockheed Martin 已經(jīng)完成“SpaceFence”的系統(tǒng)設計評審。在公司開始進行初始設計評審時,GaN 功率放大器已進入第三次迭代過程。在“SpaceFence”雷達達到 TRL5 級同時,Lockheed Martin 做了大量的工作來優(yōu)化他們與 Wolfspeed 公司(原 Cree)和 Qorvo 公司(原 TriQuint)一同設計的 MMIC,以獲得盡可能實惠和可靠的功率放大器。2010 年在““SpaceFence”雷達達到 TRL6 級;2012 年實現(xiàn)了“SpaceFence”TRL7 級。”
Lockheed Martin 開發(fā)了一種被美國空軍稱為三坐標遠程雷達(3DELRR)的新型 L 波段雷達,美國空軍希望雷達采用 GaN。
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