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Wide-Bandgap-Halbleiter Der Weg zum Masseneinsatz in HF- und Mikrowellensystemen

| Autor / Redakteur: John Croteau * / Gerd Kucera

Die HF- und Mikrowellenindustrie steht an der Schwelle zu einer großen technischen Veränderung. Die Vorteile von GaN werden die Entwicklung nicht nur in der HF-Branche massiv beeinflussen.

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Die Vorteile der Galliumnitrid-Technologie sind in der HF- und Mikrowellenbranche nur allzugut bekannt GaN hat eine achtmal höhere Leistungsdichte als etablierte Hochleistungs-GaAs- und LDMOS-Technologien.mehr
Die Vorteile der Galliumnitrid-Technologie sind in der HF- und Mikrowellenbranche nur allzugut bekannt GaN hat eine achtmal höhere Leistungsdichte als etablierte Hochleistungs-GaAs- und LDMOS-Technologien.mehr
(Bild: MACOM)

Die Vorteile von Galliumnitrid (GaN) als Wide-Bandgap-Halbleiter in HF- und Mikrowellenanwendungen werden zunehmend erkannt, sodass sie immer häufiger in weit verbreiteten kommerziellen Anwendungen zum Einsatz kommen. Die Einführung im Massenmarkt wird jedoch eine wesentlich ausgereiftere Lieferkette und ein besser entwickeltes Umfeld für GaN als das heute existierende erfordern.

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Ein Rückblick auf die Entwicklung, die Galliumarsenid (GaAs) vor zwei Jahrzehnten durchmachte, vermittelt einen Eindruck davon, welcher Weg vor uns liegt – und was alles geschehen muss, um GaN zu einem breiten Durchbruch zu verhelfen.

GaAs befand sich vor 20 Jahren in einer ähnlichen Entwicklungsphase, wie GaN heute. Es war eine aufstrebende Technologie, die wirtschaftlich stark von öffentlichen Geldern und von Anwendungen abhängig war, bei denen die Kosten keine Rolle spielten.

Ganze 50% der heutigen GaN-Einnahmen stammen nicht aus der kommerziellen Produktion, sondern aus Regierungsprogrammen. GaN ist heute auf dem Sprung, sich wie GaAs von der Nischentechnologie zu einer festen Größe auf dem Massenmarkt zu entwickeln.

Katalysator für die breite Verwendung von GaAs war die explodierende Nachfrage nach Mobiltelefonen, die starke Skaleneffekte (Größenkosten-Ersparnisse durch Serienfertigung) nach sich zog. Hersteller von Verbundhalbleitern (Halbleiter mit Materialien aus den chemischen Hauptgruppen III und V) wie ANADIGICS, RFMD und Skyworks trieben die Einrichtung von stabilen, zuverlässigen und anpassungsfähigen GaAs-Lieferketten voran.

Sie investierten mehrere hundert Millionen Dollar in große GaAs-Chipfabriken und bewirkten den Übergang vom Spezialprodukt zum Serienprodukt als Hauptumsatzträger.

Gleichzeitig entstanden kleine GaAs-Chipfabriken, deren Kapitalstruktur und Betriebsmodell das Geschäft mit kleinen Stückzahlen in hoher Diversität und speziellen Prozessvarianten für die Leistungsoptimierung unterstützt. Diese Chipfabriken mit geringerem Kapitalaufkommen unterliegen nicht den Wechselfällen der Verbrauchertechnologie.

Sie haben die richtige Größe, um über Jahrzehnte eine kontinuierliche Versorgung sicherzustellen, ohne unter mangelnder Auslastung zu leiden.

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