英国EPSRC资助发展GaN-on-Diamond微波技术

英国工程与物理科学研究委员会(EPSRC)日前授予布里斯托尔大学430万英镑的拨款，用于领导一个重要的新项目，开发氮化镓GaN和金刚石微波技术。

这种下一代技术将支撑未来的高功率无线电频率和微波通信、空间和防御系统，为5G和6G移动电话网络和更全面的雷达系统铺平道路。在这个为期五年的项目中，布里斯托尔将与其他四所英国大学(加的夫、格拉斯哥、剑桥和伯明翰)以及领先的行业合作伙伴合作。

来自布里斯托尔物理学院的Martin Kuball教授领导了这个项目。他说:“全球对高功率微波电子器件的需求正在增加，这种器件可以提供远远超过当前技术的功率密度。

“特别是基于GaN的高电子迁移率晶体管(HEMTs)是高效军事和民用微波系统的关键实现技术，而且越来越多地用于可再生能源工厂。”

例如，在移动通信系统中，信息以“0”和“1”的形式传输，即所谓的“位”，每个位都需要一定的能量。在5G中，每秒传输的比特数将是巨大的，未来的系统将要求更多;目前用于在4G网络中传输这些比特的微波设备不具备所需的力量和功率。

这个新项目的愿景是开发变革性GaN on Diamond hemt和单片微波集成电路(mmic)，该技术超越了当前的微波器件。

其中的能量流动可以与太阳表面的热流一样高，而具有超高导热性的钻石是唯一能够处理它们的材料。这些设备将使未来通信网络和雷达系统的实现能力超出目前的可能。

Kuball教授补充说:“为了使我们的愿景成为现实，我们将开发新的金刚石生长方法，使金刚石热导率最大化接近活性GaN器件区域。在目前的GaN on diamond器件研究中，需要在GaN表面形成一层薄的介质层，以实现金刚石在GaN表面的播种和成功沉积。不幸的是，这些器件中的大多数热障都存在于GaN -介质-金刚石界面，其导热性比预期的差得多。

“通过消除对金刚石生长介质播种层的需要，或者通过优化播种层附近的金刚石晶粒结构，任何降低热阻的方法都将带来巨大的好处。新型金刚石生长将与使用相变材料的创新微流体相结合，这是一种比传统微流体更强大的方法，进一步帮助热提取。”

其结果将是，与目前商用的最先进的GaN-on-silicon carbide hemt相比，设备的射频功率将惊人地提高5倍。同样有价值的是，MMIC或功率放大器的尺寸可能出现戏剧性的“阶梯”收缩，通过消除合并网络提高效率，并降低功率放大器的成本。这代表了能力上的颠覆性变化，将允许实现新的系统架构——例如，用于无线电频率搜索器和医疗应用，并实现交付5G和其他应用所需的带宽。冷却需求的减少/可靠性的提高将导致系统层面的主要成本节约。