GaN內建電路功率放大器的發展與前景
GaN內建電路技術取得了顯著進步，即無與倫比的輸出功率密度。 GaN內建電路能夠提供超過100W輸出功率和工作頻率高達200GHz的電抗比對PA、PA線性度、回退效率增強、可重構PA和分布式PA架構。
GaN技術通過提供具有極高擊穿電壓（例如超過100V）的半導體，徹底改變了寬帶隙半導體行業，這使得GaN半導體能夠在高電源電壓下運作，進而實作令人印象深刻的輸出功率密度。
GaN技術主要用于高功率發電，其中GaN高電子遷移率半導體(HEMT)已成為固态功率放大器(PA)的主導力量。
GaN的早期發展始于1990年代，當時報道了許多GaN/AlGaN異質結實作的二維電子氣(2DEG)。這些初步過程使用藍寶石（A升2個歐3個)作為基闆，具有低導熱性的材料(32W/mK在室溫下），但不适合大功率應用。
1999年報道了第一個使用倒裝晶片鍵合進行熱管理的GaN內建電路，GaN在藍寶石襯底上生長，并通過倒裝晶片鍵合到AlN襯底上以改善熱管理。
GaN內建電路技術的研究和開發活動一直在三個主要方面進行：材料、器件和電路。
在材料層面，研究了不同的襯底材料，包括藍寶石、原生GaN、金剛石、矽(Si)和絕緣體上矽(SOI)。基闆材料的評估主要基于幾個因素，主要是熱導率、制造成本、寄生電元件、損耗和機械強度。
在器件層面，已經提出了許多能夠在更高電源電壓或更高頻帶下工作的GaNHEMT結構，例如T型栅極結構。此外，将半導體的最小栅極長度縮小到100納米以下，使得GaN電路能夠在毫米波段運作。
在電路層面，主要的發展可以歸類為低損耗功率合成技術、諧波終端網絡、将帶通濾波器(BPF)內建到PA電路中、AM-AM和AM-PM失真的線性化技術，以及寬帶均勻和非均勻分布式功率放大器。
雖然GaN技術的主要應用是功率放大，但GaN器件的高功率處理能力、固有的高線性度和低噪聲推動了其他應用。
GaN的早期發展工藝的成功開發始于制造2DEGGaN/AlGaN異質結，GaN的特殊性能，3.4eV的寬帶隙，高擊穿電壓，高電子遷移率和飽和速度，使其成為制造大功率和高頻半導體的有前途的材料。
GaN自2000年初開始商用，其中分立半導體由不同的III-V半導體産品供應商提供，采用無與倫比和内部比對的配置，提供高達1000W的輸出功率和高功率密度，～50W/mm，在高電源電壓下工作，通常～50–80V甚至>1000V用于某些高功率工藝，典型PAE為50–70%，跨越以下RF頻段～10GHz。
使用GaN的主要動機是它們的高電源電壓能力，這是由于工藝的高擊穿電壓造成的。與GaAs等對應工藝相比，這帶來了許多優勢，特别是對于PA電路，包括高輸出功率密度、較低的電源電流、較小的寄生電容器和寬帶阻抗比對網絡。
是以需要開發能夠承受更大電源電壓的半導體，然而最大電源電壓受到幾個因素的限制，包括半導體的結構和尺寸以及實體效應，例如GaN擊穿電場(3MV/cm)。
襯底材料對GaN工藝的熱、電和成本特性有重大影響，基闆性能通常根據熱導率、制造成本、電寄生元件、損耗和機械穩健性進行評估，目前SiC是GaN工藝中最流行的襯底。
SiC提供490W/m的出色導熱率K允許高功率耗散并防止自熱效應，SiC還具有低襯底損耗的特點，這對于高頻和高速電路尤為重要，Si是另一種流行的用于GaN工藝的襯底材料，主要是因為它具有較低的成本和與CMOS工藝進行異質內建的機會。
在典型的GaNPA中，通常組合多個半導體以實作所需的高輸出功率水準。
驅動級也可以包括多個半導體以提供驅動輸出級所需的輸出功率，輸出比對網絡為輸出級半導體提供最佳負載阻抗ZL，同時組合它們的輸出信号并傳送到負載電阻R大号。
諧波終端網絡可以調整半導體的漏極電流和電壓波形，以實作特定的高效操作等級（例如，E級、F級）。一個實際的實施挑戰是諧波終端網絡[51]的窄帶寬，這增加了它們對過程變化和寄生元件的敏感性。
引入寬帶諧波比對網絡來緩解這個問題，但以降低效率為代價，此外，可以将帶通濾波器(BPF)嵌入到比對網絡中以抑制諧波和帶外發射。
GaN受到軟增益壓縮的影響，其中器件在低功率水準（例如，比1-dB壓縮點低10dB）時表現出非線性，這種行為導緻GaNPA的AM-AM和AM-PM失真增加。
此外，增加調制信号的帶寬會導緻更高的誤差矢量幅度(EVM)，這是GaN荷捕獲和記憶效應的結果。
這種電路級線性化方法可以提供适度的線性性能，可以應用數字預失真(DPD)技術來滿足目前5G和新一代無線通信中基站的嚴格線性要求。
