功率器件又被稱為電力電子器件,是構成電力電子變換裝置的核心器件。電力電子器件是對電能進行變換和控制,所變換的“電力”功率可大到數百MW甚至GW,也可以小到數W甚至1W以下。電力電子裝置正是實現電能高質量高效轉換、多能源協調優化、弱電與強電之間控制運行、交流與直流之間能量互換、自動化高效控制等的重要手段,也是實現節能環保、提高電能利用效率的重要保障。半絕緣型碳化硅基射頻器件是通過在半絕緣型碳化硅襯底上生長氮化鎵外延層,制得碳化硅基氮化鎵外延片后進一步制成,包括HEMT等氮化鎵射頻器件,主要用于5G通信、車載通信、國防應用、數據傳輸、航空航天。碳化硅、氮化鎵材料的飽和電子漂移速率分別是硅的2.0、2.5倍,因此碳化硅、氮化鎵器件的工作頻率大于傳統的硅器件。然而,氮化鎵材料存在耐熱性能較差的缺點,而碳化硅的耐熱性和導熱性都較好,可以彌補氮化鎵器件耐熱性較差的缺點,因此業界采取半絕緣型碳化硅做襯底,在襯底上生長氮化鎵外延層后制造射頻器件。
半絕緣型碳化硅基射頻器件以半絕緣型碳化硅襯底經過異質外延制備而成,主要面向通信基站以及雷達應用的功率放大器。碳化硅基氮化鎵射頻器件已成功應用于眾多領域,以無線通信基礎設施和國防應用為主。無線通信基礎設施方面,5G具有大容量、低時延、低功耗、高可靠性等特點,要求射頻器件擁有更高的線性和更高的效率。相比砷化鎵和硅基LDMOS射頻器件,以碳化硅為襯底的氮化鎵射頻器件同時具有碳化硅良好的導熱性能和氮化鎵在高頻段下大功率射頻輸出的優勢,能夠提供下一代高頻電信網絡所需要的功率和效能,成為5G基站功率放大器的主流選擇。在國防軍工領域,碳化硅基氮化鎵射頻器件已經代替了大部分砷化鎵和部分硅基LDMOS器件,占據了大部分市場。對于需要高頻高輸出的衛星通信應用,氮化鎵器件也有望逐步取代砷化鎵的解決方案。
