20170417-GAN-1 图1:《Semiconductor Today》杂志报道截图

张凯博士的论文聚焦重点实验室近期在GaN高线性技术方面获得的多个重要突破,创新提出三维GaN FinFET微波功率器件,克服了GaN平面器件瓶颈,极大改善了跨导平整度,大幅提升GaN器件线性度,同时维持高的输出功率和效率,为下一代移动通信高性能元器件奠定基础。本成果也是首次展示GaN三维器件相对于二维器件在微波功率应用的优势与潜力,有力推动了GaN三维器件的实用化进程。该成果研制过程中得到国家自然科学基金、预研基金等课题的支持。 20170417-GAN-2 图2:NEDI提出的高线性GaN FinFET器件以及跨导特性

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GaN器件三维结构创新,让中国天眼更敏锐

中国电科第五十五研究所是我国大型电子器件研究、开发及应用研究所之一,拥有砷化镓微波毫米波单片和模块电路国家重点实验室、国家平板显示工程技术研究中心, 主要从事微电子、光电子、真空电子和MEMS等领域的各种器件、电路、部件和整机系统的开发和生产。对于我国国防工业来说,该所最大的贡献莫过于研发的T/R组件,即无线电收发模块,主要应用于各种相控阵雷达上,包括战斗机火控雷达,预警机,“中华神盾”和防空用雷达等。

影响相控阵雷达的除了雷达基础结构设计之外,作为最前端负责无线电收发的T/R组件性能对雷达整体性能的影响也是非常大的。目前国际主流的T/R组件类型有砷化镓和氮化镓两种,其中氮化镓是近几年才出现的新兴事物,不光应用于雷达射频等设备,无线电通信也非常需要高性能的氮化镓半导体组件。 20170417-GAN-3 图3:完全自主研发、具有国际先进水平的机载有源相控阵火控雷达,首次公开亮相于2016年珠海航展。该雷达是现役KLJ-7机械扫描雷达的升级型号KLJ-7A相控阵雷达,在电子对抗等多用途方面具有重大突破,整体技术水平可与F-35雷达相媲美。中电集团下属14所生产的KLJ-7A相控阵雷达,安装有多达1000多个T/R组件

作为专门负责T/R组件研发的单位,五十五所在突破了砷化镓T/R组建之后就马不停蹄的继续为中国国防工业研发了氮化镓T/R组件。然而由于材料特性等原因,作为新生事物氮化镓T/R组件会出现一些原先所没有遇到过的问题。除了采用金刚石作为衬底材料来改善热传导性能,降低组件功耗之外,三维GaN FinFET的应用可以说是另辟蹊径。

在当前半导体行业开始推进各种三维结构芯片的潮流下,引入三维结构,将GaN二维器件改进成三维结构,可以说是一大创新。简单的说,一样的功耗,体积的T/R组件,将能提供出更精确的雷达波形和更高的射频功率,在不增加外部能耗需求的情况下,进一步提高雷达基本性能。

根据《国防科技工业》杂志报道,中国电科14所YLC-8B机动式预警相控阵雷达、KLJ-7A机载有源相控阵火控雷达成功入选2016年度国内十大明星武器。 20170417-GAN-4 中国电科14所YLC-8B机动式预警相控阵雷达

其中,YLC-8B型机动式预警仅次于今年在珠海上首次亮相的歼-20第四代战机和赴俄罗斯参加军事竞赛取得优异成绩的96B型主战坦克,名列第3位。YLC-8B型是我国自行研制的新一代雷达产品,着重针对隐身目标进行了优化。该雷达采用两维相扫、一维机扫体制,能够有效探测包括隐身飞机在内的各类空中目标。

KLJ-7A机载有源相控阵火控雷达,被誉为“战鹰之眼”,这是完全由我国自主研发的、具有国际先进水平的机载有源相控阵火控雷达首次公之于众。目前,全球仅有少数国家能够研制,这也是珠海航展创办20年以来首次展出技术含量如此之高的机载火控雷达。

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