台湾长庚大学最新发表氮化镓5G网络通讯技术

（文章来源：经济日报）

长庚大学邱显钦教授团队，近期在研发5G通讯元件及节能氮化镓功率元件方面，成果丰硕；此外，电子系金国生教授接受国家中山科学研究院电子所委托，执行经济部科专计划｢具备自测功能的毫米波基地台天线技术开发｣，担任计划主持人，带领电子系陈元贺教授、李仲益教授及研究生团队，负责开发5G通讯用毫米波38 GHz阵列天线及基地台天线测试技术，亦有所展现。长庚大学希望各大企业可以投入此前瞻产业，并且有更进一步的扩大技转合作机会。

目前半导体产业的发展已经不是单一方向的研发，必须从原物料、基板、磊晶、制程、模块、应用等多面向的合作，并且积极参加产业研发联盟，目前，长庚大学邱显钦教授团队，在应用于高频/高效率直流转换器的硅基氮化镓新型开关元件，或是针对第五代行动通讯（5G）应用，高频率氮化镓芯片都有相当的研究成果。

邱显钦教授表示，为促进我国新型半导体材料的发展产业，在高功率及高频率应用，氮化镓（GaN）已经是全球最受瞩目的材料之一，其宽能隙、高电子迁移率、高电子饱和速度、及高热稳定等特性为主要优势。宽能隙特性造就其优异的崩溃电压与热稳定，有利于在新世代高压、高功率通讯元件的操作；高电子饱和速度之特点更利于此元件在高频率的卓越表现。

长庚大学高速智能研究中心团队过去3年已经开始InAlN/GaN HEMT on 6-inch SOI 基板的元件制作，该实验室开发的高瓦数功率输出GaN金氧半功率晶体管（闸极宽度2mm），电流增益截止频率也到达了40GHz，28伏特偏压底下操作可以拥有1.6W/mm功率密度，功率附加效率比传统金半接面高5%，在50V偏压时可以达到2W/mm的功率密度输出，加上电场版技术后最高崩溃电压已经超过三百伏特，此外，也成功将元件覆晶于高散热系数的氮化铝与硅基板上，整合于高ESD保护电路之上。

学术界以及业界重要的研究内容，是以如何达到增强型氮化镓场效应晶体管开发与高压DC/DC整流电路实现，该实验室近期开发新型p-GaN Gate E-mode HEMT及Anode recess GaN Schottky Barrier Diode，并利用多循环式湿蚀刻技术，大幅增加两种元件的制造均匀性。相关技术不仅在学术发表外也成功技术转移至6吋硅代工厂进行量产技术落实，甚至结合此两种元件技术也开发出VTH接近于0V的SBD元件。

落实这些晶体管与二极管技术之后，亦基于GaN晶体管元件其高速导通、截止的能力，提高电路的切换频率，进而缩小整体DC/DC converter体积及重量。开发过程也建立及分析GaN晶体管各项特性的评估标准，做为设计上的参考并开发以GaN晶体管为基础的半桥式DC/DC电源转换模块，目前已经成功实现出以GaN为晶体管与二极管的6000Watt与300Watt高速DC/DC升降压转换电路(Freq>1MHz)。

第五代行动通讯（简称5G），由于能够提供高达10 Gbit/s的传输速率，已成为未来行动通讯的主要发展技术之一。5G通讯产业规模之大，各国莫不全力投入开发。天线为5G通讯系统之关键组件，因5G操作频率高达毫米波频段，天线尺寸相对小，且各种高频寄生效应严重，故设计难度颇高。

长庚大学电子系金国生教授接受中山科学研究院电子所委托，执行经济部科专计划｢具备自测功能之毫米波基地台天线技术开发｣，担任计划主持人，带领电子系陈元贺教授、李仲益教授及研究生团队，负责开发5G通讯用毫米波38 GHz阵列天线及基地台天线测试技术。中科院在5G技术发展上以基地台系统技术为主轴，本计划与中科院密切配合，形成整合型团队，强化台湾地区在5G的技术研究，特别是在发展5G基地台阵列天线技术方面。

此计划所开发的38 GHz阵列天线，具有平面式、高增益、低旁波瓣、可波束扫瞄等功能。藉由设计巴特勒矩阵电路，与8´10贴片阵列天线组合，可达成四波束扫瞄功能，优点是射频与基频电路不需做任何变动，即可赋予系统空间多工的能力，成本较为低廉，且因为是被动式架构，故功耗较小。此外，也提出一种简易型天线自测平台，可在射频端进行天线简易功能测试，提供工程师初步研判天线系统功能是否正常，作为天线模块维修或更换的参考。

阵列天线的馈电网路采用基板集成波导（SIW）结构，基板介质材料采用中科院开发的低介电氮化铝材料，SIW结构利用雷射钻孔及电镀方式填孔，搭配其低损耗毫米波基板先进制程进行阵列天线制作，协助中科院验证其毫米波材料用于5G天线设计的特性。
（责任编辑：fqj）