台湾长庚大学发表氮化镓5G通讯技术

经济日报,杨连基

长庚大学邱显钦教授团队,近期在研发5G通讯元件及节能氮化镓功率元件方面,成果丰硕;此外,电子系金国生教授接受国家中山科学研究院电子所委托,执行经济部科专计划?具备自测功能的毫米波基地台天线技术开发?,担任计划主持人,带领电子系陈元贺教授、李仲益教授及研究生团队,负责开发5G通讯用毫米波38 GHz阵列天线及基地台天线测试技术,亦有所展现。长庚大学希望各大企业可以投入此前瞻产业,并且有更进一步的扩大技转合作机会。

氮化镓5G通讯技术

目前半导体产业的发展已经不是单一方向的研发,必须从原物料、基板、磊晶、制程、模块、应用等多面向的合作,并且积极参加产业研发联盟,目前,长庚大学邱显钦教授团队,在应用于高频/高效率直流转换器的硅基氮化镓新型开关元件,或是针对第五代行动通讯(5G)应用,高频率氮化镓芯片都有相当的研究成果。

邱显钦教授表示,为促进我国新型半导体材料的发展产业,在高功率及高频率应用,氮化镓(GaN)已经是全球最受瞩目的材料之一,其宽能隙、高电子迁移率、高电子饱和速度、及高热稳定等特性为主要优势。宽能隙特性造就其优异的崩溃电压与热稳定,有利于在新世代高压、高功率通讯元件的操作;高电子饱和速度之特点更利于此元件在高频率的卓越表现。

近10年来,邱显钦教授主要研究内容为氮化镓宽能隙材料,对于目前5G通讯及节能电子均有非常丰硕的研究内容﹔其主题如下:

针对5G通讯元件方面

长庚大学高速智能研究中心团队过去3年已经开始InAlN/GaN HEMT on 6-inch SOI 基板的元件制作,该实验室开发的高瓦数功率输出GaN金氧半功率晶体管(闸极宽度2mm),电流增益截止频率也到达了40GHz,28伏特偏压底下操作可以拥有1.6W/mm功率密度,功率附加效率比传统金半接面高5%,在50V偏压时可以达到2W/mm的功率密度输出,加上电场版技术后最高崩溃电压已经超过三百伏特,此外,也成功将元件覆晶于高散热系数的氮化铝与硅基板上,整合于高ESD保护电路之上。

对于节能氮化镓功率元件方面

学术界以及业界重要的研究内容,是以如何达到增强型氮化镓场效应晶体管开发与高压DC/DC整流电路实现,该实验室近期开发新型p-GaN Gate E-mode HEMT及Anode recess GaN Schottky Barrier Diode,并利用多循环式湿蚀刻技术,大幅增加两种元件的制造均匀性。

相关技术不仅在学术发表外也成功技术转移至6寸硅代工厂进行量产技术落实,甚至结合此两种元件技术也开发出VTH接近于0V的SBD元件。

落实这些晶体管与二极管技术之后,亦基于GaN晶体管元件其高速导通、截止的能力,提高电路的切换频率,进而缩小整体DC/DC converter体积及重量。

开发过程也建立及分析GaN晶体管各项特性的评估标准,做为设计上的参考并开发以GaN晶体管为基础的半桥式DC/DC电源转换模块,目前已经成功实现出以GaN为晶体管与二极管的6000Watt与300Watt高速DC/DC升降压转换电路(Freq>1MHz)。

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