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氮化鎵|美國空軍研究實驗室研究出柔性氮化鎵生長新方法,對射頻器件意義重大

蘇州納維科技有限公司

美國空軍研究實驗室(AFRL)宣布已經發現一種新的生長和轉移氮化鎵(GaN)方法,為未來第五代、高速、靈活的通信系統奠定了基礎。
AFRL材料和制造部的科學家Nicholas Glavin說:“我們展示了在柔性襯底上生長和放置材料的能力,從而為可穿戴設備或電子設備的供電提供了潛在可能。 我們是有史以來第一個展示出基于氮化鎵的柔性RF(射頻)晶體管器件的公司,該器件實際上具有一定的延展性和柔性。”

GaN 的制造新方法

砷化鎵(GaAs)通常是無限設備的首選材料,但由于GaAs在高功率下傳輸高頻信號的能力有限,使其傳輸高頻數據時出現延遲或者說數據傳輸速率低。相比之下,GaN具有以高功率高頻率傳輸大量數據信息的卓越能力,但由于材料制造的成本過高,通常需要諸如藍寶石等剛性襯底、精確的熱穩定性和化學穩定性,使其在應用上受到限制。另外,用這種方法在襯底上生長的GaN只能用于平坦的平面,不能彎曲或拉伸。

AFRL的新型GaN生產方法利用了氮化硼的物理特性。 GaN在氮化硼上生長,然后,利用氮化硼和氮化鎵生長表面之間的弱化學鍵,使得氮化鎵能夠轉移到另一個襯底上,從而在獨特的平臺和器件上實現通信能力。

成果意義

Glavin表示:“我們看到這個研究直接有益于空軍的兩個主要應用。一是可穿戴系統。當我們通過作戰人員等可穿戴設備攜帶人員收集更多信息時,或開發更多傳感器技術時,我們需要獲取這些信息并通知采取行動。基于GaN的靈活發射器可以更有效的完成這些操作。二是靈活的共形雷達技術。典型的雷達系統體積龐大,但使用這種技術,我們可以創建更容易集成到動態環境中的系統。”

另一個好處是直接在天線系統上進行功率放大。如果有一個靈活的功率放大器,就可以盡可能靠近雷達天線,只需要消除信號傳播的距離就可以提高性能。 靈活的氮化鎵能夠將放大器與天線放在同一個平臺上,提高性能和傳輸效率。

柔性GaN 潛力巨大

AFRL靈活射頻電子材料和工藝團隊負責人Donald Dorsey博士說:“進一步開發GaN材料時國防部的首要任務。我們是首個演示GaN柔性射頻晶體管器件,且能夠在拉伸情況下保持高性能的團隊。我們有能力研發出用于高功率通信和雷達的、更緊湊、多功能的GaN高頻發射機。”

隨著通信需求的不斷增長和迅速擴大,將GaN轉移到柔性或其他任意襯底的能力對空軍具有巨大的價值。

未來工作

Glavin說:“我們正在進行材料集成的研究,將繼續優化AFRL開發的GaN與多種材料表面的整合能力,并將尋找方法提升性能和轉移工藝。團隊已經針對材料生長工藝和將GaN 用于射頻器件兩方面的研究申請專利。

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