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芯思想 | 美國軍用GaN進(jìn)展情況

2017/03/28
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2005 年,美國國防部高級研究計(jì)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(dá)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(jì)上的改善。已經(jīng)證實(shí),在可靠性和導(dǎo)熱率方面 GaN 都超過 GaAs。


GaN 已經(jīng)在大部分高功率軍事應(yīng)用中占據(jù)強(qiáng)有力的穩(wěn)固地位,,并已占領(lǐng)一些有線電視和蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施市場,但是 LDMOS 目前仍占據(jù)基礎(chǔ)設(shè)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(huì)改變,因?yàn)?GaN 性能與 LDMOS 基本相當(dāng)甚至更勝一籌。


當(dāng)其他國家的制造廠商都在關(guān)注 3 或 4 英寸的 GaN 晶圓,美國制造商已經(jīng)將重心轉(zhuǎn)移到 6 英寸的 GaN 晶圓生產(chǎn)上。一些公司已經(jīng)宣布會(huì)在接下來的一到兩年內(nèi)轉(zhuǎn)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(dòng)、基礎(chǔ)設(shè)施和航天航空 / 國防應(yīng)用領(lǐng)域提供核心技術(shù)和 RF 解決方案的領(lǐng)先供應(yīng)商,可讓戰(zhàn)略客戶獲得全球最廣泛、最先進(jìn)的 III-V 技術(shù)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(gè) SiC 基 GaN 的生產(chǎn)工藝。


2014 年 6 月 Qorvo(TriQuint)達(dá)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(rèn)證為可提供代工、后道工藝、封裝和組裝、射頻測試等服務(wù)的微電子可信供應(yīng)商(種類 A1),是第一個(gè)實(shí)現(xiàn) GaN 射頻芯片制造成熟度 MRL 達(dá)到 9 級的生產(chǎn)商,符合全部性能、成本和產(chǎn)能目標(biāo),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(shù)擴(kuò)展用于在 6 英寸晶圓上生產(chǎn)單片微波集成電路(MMIC),預(yù)計(jì)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(jià)格實(shí)惠的射頻器件生產(chǎn),能起到顯著的推進(jìn)作用。


Qorvo 公司認(rèn)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(jī)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(dú)立的公司,RFMD 和 TriQuint 都提供 GaN 制造服務(wù),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(shù)、政府與商業(yè)電子技術(shù)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(gè) 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(biāo)準(zhǔn)


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(rèn)證,成為 1A 類“可信代工 Trusted Foundry”服務(wù)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(dá)?;?GaN 的 AESA 賦予雷達(dá) 360°的監(jiān)視能力。


2015 年 2 月,美國政府批準(zhǔn)雷聲公司研制的裝備有 AESA/GaN 的新型“愛國者”雷達(dá)進(jìn)入國際市場銷售。


2015 年雷聲公司的 AMDR 雷達(dá)將作為首個(gè)采用 GaN 芯片的雷達(dá)交付,AMDR 雷達(dá)將被整合到美國海軍 DDG 51 Flight III 型驅(qū)逐艦上。

MACOM
MACOM 是射頻微波領(lǐng)域的先驅(qū)者,是全球領(lǐng)先的射頻 / 微波 / 光學(xué)半導(dǎo)體和混合光、電芯片的完整解決方案領(lǐng)先供應(yīng)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(jià)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(chǔ)上,把成本降低了很多。這將非常有助于推動(dòng)氮化鎵半導(dǎo)體工藝往大批量有低成本要求的商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)行拓展。在用量非常大的無線能源和無線通信領(lǐng)域,比如基站等應(yīng)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(dá)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(shù)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(rèn)證,成為 1A 類“可信代工 Trusted Foundry”和“可信設(shè)計(jì) Trusted Design”服務(wù)提供商。位于馬里蘭州的制造廠通過美國國防部(DoD)的認(rèn)證,為 1A 類“可信代工 Trusted Foundry”服務(wù)提供商。


Northrop Grumman 利用內(nèi)部強(qiáng)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(duì) 900 萬美元資助,進(jìn)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(gè)商業(yè)制造廠。


Lockheed Martin 已經(jīng)完成“SpaceFence”的系統(tǒng)設(shè)計(jì)評審。在公司開始進(jìn)行初始設(shè)計(jì)評審時(shí),GaN 功率放大器已進(jìn)入第三次迭代過程。在“SpaceFence”雷達(dá)達(dá)到 TRL5 級同時(shí),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(shè)計(jì)的 MMIC,以獲得盡可能實(shí)惠和可靠的功率放大器。2010 年在““SpaceFence”雷達(dá)達(dá)到 TRL6 級;2012 年實(shí)現(xiàn)了“SpaceFence”TRL7 級。”


Lockheed Martin 開發(fā)了一種被美國空軍稱為三坐標(biāo)遠(yuǎn)程雷達(dá)(3DELRR)的新型 L 波段雷達(dá),美國空軍希望雷達(dá)采用 GaN。 

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QORVO

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Qorvo(納斯達(dá)克代碼:QRVO)提供各種創(chuàng)新半導(dǎo)體解決方案,致力于讓我們的世界更美好。我們結(jié)合產(chǎn)品和領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢、以系統(tǒng)級專業(yè)知識和全球性的制造規(guī)模,快速解決客戶最復(fù)雜的技術(shù)難題。Qorvo 面向全球多個(gè)快速增長的細(xì)分市場提供解決方案,包括消費(fèi)電子、智能家居/物聯(lián)網(wǎng)、汽車、電動(dòng)汽車、電池供電設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、醫(yī)療保健和航空航天/國防。訪問 www.qorvo.com,了解我們多元化的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)如何連接地球萬物,提供無微不至的保護(hù)和源源不斷的動(dòng)力。

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