GaN на SiC или GaN на Si: что это меняет для заказчика СВЧ МИС

Откуда вопрос

GaN для СВЧ не выращивают на собственной подложке: эпитаксиальную структуру кладут на карбид кремния (SiC) или на кремний (Si). Для разработчика усилителя это не академическая деталь — от подложки зависят теплоотвод, потери, монтаж кристалла и цена.

На форуме «Микроэлектроника 2026» в секции №7 «СВЧ интегральные схемы и модули» оба маршрута были в одной сессии: доклад М. Л. Занавескина (НИЦ «Курчатовский институт») о маршруте GaN-on-Si 0,25 мкм для малосерийного контрактного производства СВЧ МИС и первом MPW-запуске, и доклад А. В. Желаннова (АО «ОКБ-Планета») о микросхемах на процессе GaN/SiC 0,25 мкм (программа секции №7).

GaN на SiC

Карбид кремния проводит тепло заметно лучше кремния, а его кристаллическая решётка ближе к GaN. В результате меньше дефектов в эпитаксии и проще отвести тепло от канала транзистора. Полуизолирующий SiC почти не вносит потерь на СВЧ.

Поэтому GaN/SiC исторически стал основным выбором для мощных усилителей радиолокации и спутниковой связи — там, где важны выходная мощность, рабочая частота и тепловой запас.

Минусы известны: подложка дорогая, пластины меньшего диаметра, чем кремниевые, и производство завязано на ограниченное число поставщиков подложек.

GaN на Si

Кремниевая подложка дешёвая и большая, её можно обрабатывать на линиях, рассчитанных на кремний. Это главный аргумент: стоимость кристалла и доступность производства.

Цена за это — несоответствие решёток и коэффициентов теплового расширения GaN и Si. Нужен сложный буферный слой, иначе структура трескается и коробится. Кремний хуже отводит тепло, а проводящий слой на границе с подложкой даёт дополнительные СВЧ-потери. На практике это ограничивает мощность и рабочую частоту, которые можно получить с той же площади кристалла.

То, что маршрут GaN-on-Si обсуждают в формате MPW и малых серий, — сигнал для разработчиков: прототип можно сделать без собственной линии, но параметры конкретного процесса надо смотреть по его PDK.

Что это меняет для заказчика МИС

Если вы покупаете готовую МИС, а не проектируете её, подложка влияет на четыре вещи.

• Тепловой режим. Один и тот же уровень мощности на SiC и на Si даёт разную температуру канала. В ТЗ указывайте режим (непрерывный или импульсный, скважность), температуру основания и как кристалл будет охлаждаться.
• Монтаж. Толщина кристалла, металлизация обратной стороны, пайка или клей — всё это берётся из datasheet конкретной позиции. Для кристалла согласуйте монтаж до заказа, а не после первых отказов.
• Надёжность. Запросите данные по ресурсу при рабочей температуре канала. Сравнивать GaN/SiC и GaN/Si «в целом» бессмысленно — сравниваются конкретные позиции в вашем режиме.
• Модели. S-параметры и данные load-pull в вашей полосе. Тема моделей GaN-транзисторов и load-pull тоже была в секции №7.

Вопросы поставщику GaN МИС

1. На какой подложке сделана позиция?
2. Какой режим заложен в datasheet: непрерывный или импульсный, при какой температуре основания?
3. Какая предельная температура канала и есть ли данные по ресурсу?
4. Как рекомендовано монтировать кристалл: пайка, клей, требования к основанию?
5. Есть ли S-параметры и модель для вашей САПР?
6. Поставка в корпусе или кристаллом — и есть ли оба варианта?

GaN у TTF Electronic

У TTF усилители мощности GaN идут несколькими линейками: МИС усилителей мощности TFPA30xx, транзисторы с внутренним согласованием TFPA40xx (Inter-Matched), TFPP (Pre-Matched) и TFMP (Exter-Matched). Для диапазонов до 6 ГГц есть GaN-кристаллы TFPA3024, TFPA3025, TFPA3015, TFPA3036.

МШУ у нас на GaAs — серия TFLN*. GaN МШУ в каталоге нет.

Поставка — в виде кристаллов и в корпусе. Тип подложки и тепловые данные для конкретной позиции уточняйте по запросу вместе с datasheet. Обзор линеек — в PDF «Решения на основе модулей усилителей мощности» в разделе Решения.

Если GaN-усилитель нужен как замена позиции иностранного производства, порядок подбора описан в статье «Замена импортной СВЧ ЭКБ». Общая логика выбора LNA и PA — в статье «Что такое МИС СВЧ», поля ТЗ на усилители-модули — в статье про SSPA и BUC.

Частые вопросы