Triển Vọng và Ứng Dụng của Thị Trường Bộ Khuếch Đại Công Suất GaN MMIC

Chiếc điện thoại thông minh tiếp theo bạn mua có khả năng sẽ bao gồm một bộ khuếch đại công suất MMIC GaN cho việc giao tiếp không dây. Những gì trước đây chỉ giới hạn trong giới học thuật giờ đây đang được thương mại hóa nhanh chóng. Những phát triển này không chỉ giới hạn ở điện thoại thông minh, mặc dù điều này dự kiến sẽ chiếm một phần đáng kể của thị trường linh kiện RF đang phát triển. Radar tần số cao trong lĩnh vực ô tô, hàng không vũ trụ, và thậm chí là robot cũng dự kiến sẽ là một động lực quan trọng thúc đẩy việc tiếp nhận MMIC GaN rộng rãi hơn nữa. Là một lĩnh vực liên quan đòi hỏi bán dẫn có độ dẫn nhiệt cao và điện áp đánh thủng, các bộ khuếch đại GaN-SiC và 4H-SiC dự kiến sẽ được sử dụng rộng rãi trong ngành năng lượng tái tạo.

Bằng chứng nằm ở dữ liệu thị trường. Theo dữ liệu thị trường mới nhất từ Hiệp hội Cung cấp Di động Toàn cầu (GSA), hơn 67% tất cả các thiết bị 5G hỗ trợ băng tần phổ dưới 6 GHz và chỉ hơn 34% hỗ trợ giao tiếp không dây mmWave. Hơn 27% tất cả các thiết bị được công bố hỗ trợ cả giao tiếp không dây mmWave và dưới 6 GHz. Khi càng nhiều thiết bị đẩy vào phạm vi mmWave, và các phương pháp làm mát cho những sản phẩm này trở nên sáng tạo hơn, ước tính gần đây đặt giá trị thị trường khuếch đại toàn cầu từ 1.6 tỷ đến 3 tỷ USD vào năm 2023. GaN dự kiến sẽ chiếm 43% tổng thị phần của thị trường này.

Với tất cả sự hứng thú xung quanh những linh kiện này, đây là thời điểm tốt để làm nhà thiết kế RF, di động, radar, hoặc chuyển đổi năng lượng. Nếu bạn đang tìm kiếm cách để đổi mới, hãy đọc tiếp để xem sự tăng trưởng tiếp theo đến từ đâu và tại sao GaN MMICs lại quan trọng cho những ứng dụng này.

Tại sao lại có sự hứng thú với Bộ Khuếch Đại Công Suất GaN MMIC?

GaN là một bán dẫn lý tưởng cho các transistor di động electron cao (HEMT), cùng với GaAs và silicon khối. Sự khác biệt quan trọng giữa GaN cho ứng dụng RF và Si hoặc GaAs trở nên rõ ràng khi so sánh các tính chất vật liệu của chúng. Một so sánh ngắn gọn được hiển thị trong bảng dưới đây.

Lợi thế thực sự cho điện tử công suất RF xuất hiện theo hai cách. Đầu tiên, khả năng di chuyển của Si trong lớp khối lớn hơn so với trong lớp đảo, nhưng trường hợp ngược lại được quan sát thấy ở GaN. Điều này có nghĩa là GaN có điện trở thấp hơn trong trạng thái ON, đây là một chỉ số quan trọng cho hiệu suất transistor. Thứ hai, nó có ngưỡng đánh thủng cao hơn nhờ vào băng thông rộng hơn. Nếu thế giới quang học tích hợp bao giờ được thương mại hóa để sử dụng ở bước sóng UV, GaN là một bán dẫn hàng đầu cho EPICs UV.

Mặc dù khả năng dẫn nhiệt của GaN và Si tương tự nhau, GaN có thể chịu được nhiệt độ hoạt động cao hơn nhiều. GaN cũng có thể được trồng trên nền SiC thay vì trên chính nó. Khả năng dẫn nhiệt của 4H-SiC là 490 W/m•K, điều này cung cấp một tản nhiệt tích hợp đẹp cho MOSFETs GaN-SiC hoạt động ở tần số cao với công suất cao. Tất cả những đặc tính này đang thúc đẩy công nghệ và thiết kế của nhà máy sản xuất cho các thiết bị khuếch đại công suất MMIC GaN cho một số ứng dụng.

Ứng dụng Hứa hẹn cho Khuếch Đại Công Suất GaN

Dưới đây là một số ứng dụng mới nổi cho bộ khuếch đại công suất GaN.

Khuếch đại cho Viễn thông

Sự phát triển mạnh mẽ của các mạng không dây LTE là yếu tố tăng trưởng chính đã thúc đẩy thị trường bộ khuếch đại GaN. Việc triển khai 5G sẽ thấy việc sử dụng nhiều hơn các bộ khuếch đại GaN/GaN-SiC trong backhaul không dây và trạm gốc, chiếm 50% tăng trưởng thị trường trong lĩnh vực này. Đối với các nhà thiết kế bảng mạch, bộ khuếch đại GaN/GaN-SiC sẽ là lựa chọn lý tưởng vì những linh kiện này yêu cầu ít thiết bị làm mát trên bảng mạch và ngoài bảng mạch hơn.

Ô tô, Quốc phòng và Hàng không vũ trụ

Ứng dụng tần số cao chính trong lĩnh vực này là radar ở băng tần W (cho ô tô) và băng tần M của NATO (cho hàng không vũ trụ/quốc phòng). Các thiết bị GaN có thể hỗ trợ các tần số cao hơn nhờ vào dung lượng phân tán/đầu ra phẳng của chúng. Radar ở các tần số lên đến băng tần W sẽ yêu cầu phải chuyển đổi từ các thiết bị GaAs. Điện áp hữu ích cao hơn trong các thiết bị GaN cũng cung cấp công suất đầu ra cao hơn so với GaAs, cho phép tầm xa hơn.

Các thiết bị GaN là lựa chọn xuất sắc cho chuỗi tín hiệu radar tự động dài hạn chạy ở khoảng 77 GHz. Khi chi phí linh kiện giảm xuống thông qua khả năng sản xuất lớn hơn và sự cạnh tranh tăng lên, chi phí của các mô-đun radar cho những ứng dụng này cũng sẽ giảm. Sự phổ biến của các mô-đun thu phát tích hợp và SoCs cho radar tự động cũng cung cấp kích thước nhỏ gọn hơn cho các sản phẩm mới.

Chuyển Đổi Năng Lượng cho Năng Lượng Thay Thế

Dù không phải là ứng dụng tần số cao, chuyển đổi năng lượng hiệu quả ở điện áp cao với độ tin cậy lâu dài đòi hỏi các thiết bị có khả năng chịu đựng nhiệt độ cao và tản nhiệt nhanh chóng. GaN-Si và GaN-SiC phù hợp với yêu cầu này, mặc dù khả năng dẫn nhiệt cao hơn của các nền SiC ưu tiên cho GaN-SiC trong các ứng dụngđiện áp cao/công suất cao. Các bộ khuếch đại công suất GaN mới đang cho phép chuyển đổi năng lượng trong ba pha công nghiệp, phân phối/chuyển đổi năng lượng, và điện tử ô tô lên đến phạm vi kV.

Với sự thương mại hóa và nhu cầu tăng lên trong những lĩnh vực mới này, các nhà thiết kế cần biết những linh kiện nào có sẵn cho các sản phẩm mới. Bạn có thể truy cập Octopart để tìm bộ khuếch đại công suất MMIC GaN tiếp theo của mình, và bạn có thể nhanh chóng nhập dữ liệu thiết kế cho các linh kiện của mình vào Altium Designer.

Tính năng tìm kiếm linh kiện của nhà sản xuất và mô phỏng mạch trong Altium Designer® là lý tưởng cho những người đổi mới đang làm việc trong những lĩnh vực mới nổi này. Các kỹ sư thiết kế bố trí sẽ có quyền truy cập vào một bộ công cụ đầy đủ cho thiết kế xếp chồng, kiểm soát trở kháng, và nhiều hơn nữa. Bây giờ bạn có thể tải xuống bản dùng thử miễn phí của Altium Designer và tìm hiểu thêm về các công cụ thiết kế bố trí, mô phỏng, và lập kế hoạch sản xuất tốt nhất trong ngành. Nói chuyện với một chuyên gia Altium ngày hôm nay để tìm hiểu thêm.