當氮化鎵（GaN）射頻功率晶體管在2000年代中期投入使用伊拉克和阿富汗的反簡易爆炸裝置干擾器時，該技術還處于起步階段。如今，GaN分立器件和單片微波集成電路MMIC在國防、衛星通信和5G等市場上是砷化鎵（GaAs）的強大競爭對手。這是有充分理由的，因為由于其極高的功率密度，GaN可以在給定的芯片面積內產生比用于射頻發電的任何其他半導體技術更多的射頻功率。它還可以在五倍于10 GHz以上具有更高功率效率的GaAs器件的電壓和兩倍的電流下工作，并在更高的溫度下工作。

那么，這是否意味著GaN將在每種應用中取代GaAs？答案是否定的，這就是為什么Microchip生產分立式以及GaN和GaAs MMIC產品，并擁有業內最廣泛的RF半導體產品之一，從低噪聲放大器到前端模塊，RF二極管，開關，電壓可變衰減器，SAW和MEMS振蕩器以及將微控制器與RF收發器（Wi-Fi? MCU）相結合的集成模塊。

要了解所有這些技術最適合的地方，重要的是要說明每種技術的優勢。例如，砷化鎵仍然是用途最廣泛的半導體材料，因為它用于從功率放大器到混頻器、開關、衰減器、調制器和限流器以及太陽能電池、激光二極管和 LED 的應用。如果沒有砷化鎵，一些應用將無法實現。

從 1980 年代后期開始，它負責對有源相控陣雷達進行現代化改造，并且可以說使智能手機和其他連接設備成為可能。砷化鎵器件還用于電纜系統分配放大器、微波點對點鏈路以及許多其他高達 90 GHz 的射頻應用。然而，盡管可以使用GaAs構建相對高功率的放大器模塊，但GaN需要的功率要少得多，以實現更高的RF輸出功率，而RF輸出功率將在未來幾年繼續增加。

公平地說，重要的是要注意LDMOS技術隨著時間的推移而進步，并且具有非常堅固的優點，一些分立LDMOS晶體管能夠在大于65：1的阻抗失配下工作而不會退化或損壞，而GaN和GaAs目前限制在20：1左右。它們還可以產生高達近 2 kW 的射頻輸出功率。然而，它們的頻率被限制在大約4 GHz，因此，雖然它們在未來幾年仍然是L波段和S波段雷達、廣播發射器、醫療成像系統、工業加熱和干燥中的關鍵射頻發電，但它們最終將被可以工作到毫米波區域的GaN所取代。

如前所述，GaN的最大優勢之一是其非常高的功率密度，這使得它能夠以比硅或GaAs小得多的柵極外圍產生非常高的RF功率水平。這意味著能夠從一個非常小的設備產生真正驚人的射頻功率，這使得GaN非常適合下一代有源電子控制陣列（AESA）雷達和許多其他應用。而GaN的潛力剛剛實現，所以在未來，至少20 W/mm的功率密度應該是可以實現的。

當然，這取決于熱量從芯片向外通過基板散發到散熱器、散熱器以及可能的外部冷卻子系統的速度和效率。雖然碳化硅（SiC）基板目前是常態，但金剛石或鋁-金剛石金屬基復合材料可能會變得更加普遍，因為金剛石在地球上任何材料中具有最高的導熱性。

與之前的砷化鎵和LDMOS一樣，GAN是一項革命性的技術，在實現未來的射頻、微波和毫米波系統方面發揮著巨大的作用。但這不是靈丹妙藥，砷化鎵將在很多很多年里仍然是一項關鍵技術。Microchip并沒有忘記這一事實，其致力于優化GaAs的性能，同時在未來擴展其GaN產品組合。

審核編輯：郭婷