高速大容量通信的革命性器件GaN hemt的发展历史

高速大容量通信的革命性设备

GaN HEMTs的发展历史

碳化硅衬底
碳化硅衬底
2英寸的晶圆(当时制造),在其上形成GaN HEMT芯片(晶体管)
2英寸的晶圆(当时制造),在其上形成GaN HEMT芯片(晶体管)
住友电气设备革新株式会社山梨县工厂
住友电气设备革新株式会社山梨县工厂

应用hemt工作原理开发新型器件

GaN hemt是基于hemt的概念开发的,它在晶体管中使用了空间分离的双层结构(即电子生成区域和电子传输区域)。氮化铝镓(AlGaN)用于电子产生层,GaN用于电子传递层。碳化硅(SiC)被用于衬底,具有优异的导热性。这种结构能有效地辐射晶体管工作时产生的热量。使用一种叫做外延的技术,可以在SiC衬底上生长GaN和AlGaN单晶薄膜。最后形成电极。这就是GaN hemt的制造过程。

第一个问题是碳化硅价格昂贵,很难买到。外延生长单晶薄膜的最佳条件难以确定。即使解决了这些问题,也很难保证可靠性。GaN hemt的耐压性较高,但在通电和运行时容易击穿。对原因的调查显示,用于衬底的SiC存在质量问题。通过与SiC衬底制造商密切合作,提高衬底质量,进一步努力确保可靠性。Fumikazu Yamaki是努力提供GaN hemt的成员之一。他目前在电子器件开发1部负责晶体管的设计和开发。

Sumitomo Electric Device Innovations公司经理Fumikazu Yamaki
Sumitomo Electric Device Innovations公司经理Fumikazu Yamaki

“我们必须提高低产量。为了向客户销售新颖的产品,我们必须提供质量可靠的产品。我们继续努力寻找缺陷的原因。为了识别和去除缺陷产品,我们开发了一种专有的筛选技术,并建立了一种筛选方法。我们始终把质量放在第一位,而不是简单地制造产品,”山木回忆道。

确保客户的可靠性

在共同努力清除GaN hemt开发中的障碍的同时,还发起了一项销售活动,通过提供样品来提高GaN hemt的知名度和认知度。Nobuhiro Kuwata,目前是住友电机亚洲有限公司(香港)的总统,是负责销售的成员之一。

住友电机亚洲有限公司(香港)总裁Nobuhiro Kuwata
住友电机亚洲有限公司(香港)总裁Nobuhiro Kuwata

“只有用户才能体验GaN hemt所表现出的极高特性。我们发起了一项活动,在活动中,我们要求许多客户让他们的工程师使用实际样品进行测量,并帮助他们加深对GaN hemt的理解。GaN hemt显示出其在50 V电压下的优势,然而,当时没有基站的电源单元在如此高的电压下运行。因此,我们请电源设备制造商开发并商业化50v电源设备。在建立GaN hemt能够充分展示其性能的环境的同时,我们促进了销售活动的商业化。

关键是引入了数字失真补偿技术,消除了基站放大器输入信号的失真,以低功耗保证通信质量和运行。当时,针对Si-LDMOSs进行了数字失真补偿优化,因此我们必须自己给出针对GaN特性的失真补偿测量实例。这些努力帮助客户逐渐了解GaN hemt的特点和优势,”Kuwata回忆道。

Kuwata和其他成员不仅在日本,而且在北美、欧洲和亚洲从事提高认识和销售活动。他们从一开始就考虑到向全球市场供应GaN hemt。2005年开始装运样品,2006年开始批量生产。在日本,2007年3G基站选择了GaN hemt。SEDI成为世界上第一家将GaN hemt商雷电竞app官方业化的公司。

在GaN hemt开发的初始阶段,SEDI的开发、制造和销售部门作为一个统一的团队工作,而不是分开工作。

Kuwata说:“所有成员都对Si-LDMOSs的失败感到沮丧,并希望通过将GaN hemt作为基站设备进行营销来扭转局面。”

SEDI成功地提供了世界上第一种产品,但问题仍未解决。产量提高了,但价格高是不可避免的。在日本,人们越来越意识到GaN hemt具有出色的低功耗运行,并且GaN hemt越来越多地被客户使用。但是,Si-LDMOSs(竞争对手)仍然占据着全球市场的主导地位。出货量并没有迅速增加。在这种情况下,SEDI的工程师们努力大幅削减成本。

青年发展委员们都继承了目前的开拓精神
青年发展委员们都继承了目前的开拓精神

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从5G元年到“超越5G”
目前GaN hemt的发展还在继续发展

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