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臺(tái)灣長庚大學(xué)最新發(fā)表氮化鎵5G網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)

獨(dú)愛72H ? 來源:經(jīng)濟(jì)日報(bào) ? 作者:經(jīng)濟(jì)日報(bào) ? 2020-05-19 15:00 ? 次閱讀
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(文章來源:經(jīng)濟(jì)日報(bào))

長庚大學(xué)邱顯欽教授團(tuán)隊(duì),近期在研發(fā)5G通訊元件及節(jié)能氮化鎵功率元件方面,成果豐碩;此外,電子系金國生教授接受國家中山科學(xué)研究院電子所委托,執(zhí)行經(jīng)濟(jì)部科專計(jì)劃?具備自測功能的毫米波基地臺(tái)天線技術(shù)開發(fā)?,擔(dān)任計(jì)劃主持人,帶領(lǐng)電子系陳元賀教授、李仲益教授及研究生團(tuán)隊(duì),負(fù)責(zé)開發(fā)5G通訊用毫米波38 GHz陣列天線及基地臺(tái)天線測試技術(shù),亦有所展現(xiàn)。長庚大學(xué)希望各大企業(yè)可以投入此前瞻產(chǎn)業(yè),并且有更進(jìn)一步的擴(kuò)大技轉(zhuǎn)合作機(jī)會(huì)。

目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)不是單一方向的研發(fā),必須從原物料、基板、磊晶、制程、模塊、應(yīng)用等多面向的合作,并且積極參加產(chǎn)業(yè)研發(fā)聯(lián)盟,目前,長庚大學(xué)邱顯欽教授團(tuán)隊(duì),在應(yīng)用于高頻/高效率直流轉(zhuǎn)換器的硅基氮化鎵新型開關(guān)元件,或是針對第五代行動(dòng)通訊(5G)應(yīng)用,高頻率氮化鎵芯片都有相當(dāng)?shù)难芯砍晒?/p>

邱顯欽教授表示,為促進(jìn)我國新型半導(dǎo)體材料的發(fā)展產(chǎn)業(yè),在高功率及高頻率應(yīng)用,氮化鎵(GaN)已經(jīng)是全球最受矚目的材料之一,其寬能隙、高電子遷移率、高電子飽和速度、及高熱穩(wěn)定等特性為主要優(yōu)勢。寬能隙特性造就其優(yōu)異的崩潰電壓與熱穩(wěn)定,有利于在新世代高壓、高功率通訊元件的操作;高電子飽和速度之特點(diǎn)更利于此元件在高頻率的卓越表現(xiàn)。

長庚大學(xué)高速智能研究中心團(tuán)隊(duì)過去3年已經(jīng)開始InAlN/GaN HEMT on 6-inch SOI 基板的元件制作,該實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的高瓦數(shù)功率輸出GaN金氧半功率晶體管(閘極寬度2mm),電流增益截止頻率也到達(dá)了40GHz,28伏特偏壓底下操作可以擁有1.6W/mm功率密度,功率附加效率比傳統(tǒng)金半接面高5%,在50V偏壓時(shí)可以達(dá)到2W/mm的功率密度輸出,加上電場版技術(shù)后最高崩潰電壓已經(jīng)超過三百伏特,此外,也成功將元件覆晶于高散熱系數(shù)的氮化鋁與硅基板上,整合于高ESD保護(hù)電路之上。

學(xué)術(shù)界以及業(yè)界重要的研究內(nèi)容,是以如何達(dá)到增強(qiáng)型氮化鎵場效應(yīng)晶體管開發(fā)與高壓DC/DC整流電路實(shí)現(xiàn),該實(shí)驗(yàn)室近期開發(fā)新型p-GaN Gate E-mode HEMT及Anode recess GaN Schottky Barrier Diode,并利用多循環(huán)式濕蝕刻技術(shù),大幅增加兩種元件的制造均勻性。相關(guān)技術(shù)不僅在學(xué)術(shù)發(fā)表外也成功技術(shù)轉(zhuǎn)移至6吋硅代工廠進(jìn)行量產(chǎn)技術(shù)落實(shí),甚至結(jié)合此兩種元件技術(shù)也開發(fā)出VTH接近于0V的SBD元件。

落實(shí)這些晶體管與二極管技術(shù)之后,亦基于GaN晶體管元件其高速導(dǎo)通、截止的能力,提高電路的切換頻率,進(jìn)而縮小整體DC/DC converter體積及重量。開發(fā)過程也建立及分析GaN晶體管各項(xiàng)特性的評估標(biāo)準(zhǔn),做為設(shè)計(jì)上的參考并開發(fā)以GaN晶體管為基礎(chǔ)的半橋式DC/DC電源轉(zhuǎn)換模塊,目前已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)出以GaN為晶體管與二極管的6000Watt與300Watt高速DC/DC升降壓轉(zhuǎn)換電路(Freq>1MHz)。

第五代行動(dòng)通訊(簡稱5G),由于能夠提供高達(dá)10 Gbit/s的傳輸速率,已成為未來行動(dòng)通訊的主要發(fā)展技術(shù)之一。5G通訊產(chǎn)業(yè)規(guī)模之大,各國莫不全力投入開發(fā)。天線為5G通訊系統(tǒng)之關(guān)鍵組件,因5G操作頻率高達(dá)毫米波頻段,天線尺寸相對小,且各種高頻寄生效應(yīng)嚴(yán)重,故設(shè)計(jì)難度頗高。

長庚大學(xué)電子系金國生教授接受中山科學(xué)研究院電子所委托,執(zhí)行經(jīng)濟(jì)部科專計(jì)劃?具備自測功能之毫米波基地臺(tái)天線技術(shù)開發(fā)?,擔(dān)任計(jì)劃主持人,帶領(lǐng)電子系陳元賀教授、李仲益教授及研究生團(tuán)隊(duì),負(fù)責(zé)開發(fā)5G通訊用毫米波38 GHz陣列天線及基地臺(tái)天線測試技術(shù)。中科院在5G技術(shù)發(fā)展上以基地臺(tái)系統(tǒng)技術(shù)為主軸,本計(jì)劃與中科院密切配合,形成整合型團(tuán)隊(duì),強(qiáng)化臺(tái)灣地區(qū)在5G的技術(shù)研究,特別是在發(fā)展5G基地臺(tái)陣列天線技術(shù)方面。

此計(jì)劃所開發(fā)的38 GHz陣列天線,具有平面式、高增益、低旁波瓣、可波束掃瞄等功能。藉由設(shè)計(jì)巴特勒矩陣電路,與8′10貼片陣列天線組合,可達(dá)成四波束掃瞄功能,優(yōu)點(diǎn)是射頻與基頻電路不需做任何變動(dòng),即可賦予系統(tǒng)空間多工的能力,成本較為低廉,且因?yàn)槭潜粍?dòng)式架構(gòu),故功耗較小。此外,也提出一種簡易型天線自測平臺(tái),可在射頻端進(jìn)行天線簡易功能測試,提供工程師初步研判天線系統(tǒng)功能是否正常,作為天線模塊維修或更換的參考。

陣列天線的饋電網(wǎng)路采用基板集成波導(dǎo)(SIW)結(jié)構(gòu),基板介質(zhì)材料采用中科院開發(fā)的低介電氮化鋁材料,SIW結(jié)構(gòu)利用雷射鉆孔及電鍍方式填孔,搭配其低損耗毫米波基板先進(jìn)制程進(jìn)行陣列天線制作,協(xié)助中科院驗(yàn)證其毫米波材料用于5G天線設(shè)計(jì)的特性。
(責(zé)任編輯:fqj)

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