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金刚石热沉,高功率射频电阻首选基材

时间:2023-12-26浏览次数:181

虽然网络通信(每个基站之间)系统将使用 28-30 GHz 频率范围来实现高数据交换速率,但预计 6-8 GHz 和/或高达 10 GHz 将用于个人通信蜂窝连接。在放大器方面,基于 GaN 的 HEMT 似乎是 28-30 GHz 范围内高功率/高频操作的唯一解决方案。 目前大多数主要网络系统制造商都在关注6-8 GHz频率范围内5G的相控阵(128通道)通信方法。随着频率的增加,需要减小元件尺寸,这导致对更有效的热管理的需求不断增加。CVD 金刚石具有独特的定位,不仅可以为放大器提供解决方案,还可以作为隔离器、限制器和移相器等设备的电阻元件。 


毫米波市场需要能够在高输出功率水平下提供千兆赫性能的解决方案。随着 5G 工作频谱指定在 6 GHz 以上,以及高性能相控阵雷达在 X 和 Ku 频段工作,对能够在更高频率下处理高功率密度的无源元件产生了巨大的推动力。


迄今为止,氧化铍 (BeO) 和氮化铝 (AlN) 已成为高功率射频电阻器的首选基材。这些陶瓷材料具有相对较高的导热性,使电阻器在 L 和 S 波段 (1 × 4 GHz) 下工作时能够承受数十至数百瓦的功率。然而,当从 X 频段到 Ku 频段 (8·30 GHz) 运行时,最大化耗散功率和减少电阻器寄生效应之间的权衡会导致使用 BeO 或 AlN 基板时耗散几瓦的能力下降。这种高频功率管理的限制将成为扩展 S 频段以上高功率应用的瓶颈。这里提出的是一种适用于 RF 电阻器的可行解决方案,该解决方案能够使用 CVD 金刚石作为电阻器基板,在 8 GHz 以上运行,同时提供 100 W 的功率。


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上图总结了影响射频电阻器中使用的不同高导热率基板性能的关键参数值。很明显,具有最高介电常数和最低热导率的 AlN 的性能比 BeO 差,而具有低介电常数和最高热导率的最佳组合的金刚石作为高频电阻基板会表现出色。金刚石的介电常数分别比 BeO 和 AlN 低约 15-35%,并且随着频率和温度的变化保持稳定,从低频到高达数十 GHz 仅变化 5%,并且从频率和温度仅变化 730 ppm/°C室温高达数百摄氏度。  


在考虑热导率时,温度也很重要。在 125°C 时,AlN 和 BeO 的热导率值与室温下的性能相比降低了 30-40%。最纯的单晶金刚石的热导率可能超过 AlN 和 BeO约 10-15 倍,这大致意味着使用金刚石的电阻器应能够处理 10-15 倍的功率。当将多晶金刚石视为热导率范围为 1000 W/mK 至 1800 W/mK 的电阻基板时,性能比 AlN 和 BeO 提高 4-8 倍。


化合积电(厦门)半导体科技有限公司是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的高科技企业,致力于成为全球领先的宽禁带半导体材料公司,核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基异质集成)、单晶金刚石(热学级、光学级、电子级)和氮化铝薄膜(金刚石基氮化铝、硅基氮化铝和蓝宝石基氮化铝)等,产品应用于5G基站、激光器、医疗器械、大功率LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。

 

公司产品的生产技术和产品质量已达到国际领先、国内先进水平,获得了客户和市场的认可。公司凭借卓越的创新能力和雄厚的技术实力,已逐步成为国内金刚石半导体材料领域主要代表企业之一。化合积电高瞻远瞩布局产业链,主导产业发展趋势和方向,通过不断的产品研发和技术创新,推动宽禁带半导体材料的规模化和产业化发展,为中国破解“卡脖子”难题以及推动科技的发展和进步贡献力量。


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