GaN是如何转换射频能量及其在烹饪中的应用【1】— 价格和效率抑制了增长

在上世纪70 年代早期，磁控管首先在微波炉中进入了广泛的商业应用，但整个射频能量市场的发展相对还比较缓慢。如今，已经有了各种各样的应用，包括在工业和消费的烹饪、干燥、照明、医疗和汽车等方面的射频能量应用。

最近，就磁控管作为加热源而言，固态器件的出现为之提供了一种可行的替代、提高技术，它具有几个关键性的优势：更长的使用寿命、增强了可靠性、可精确控制射频功率水平及其投射方向、提升了效率，以及具有更小的外形尺寸等优点。

价格和效率抑制了增长

能量市场普遍预计在未来五年里将会增长到10 亿美金，但到目前为止，由于固态器件技术的局限制性抑制了该市场的进一步扩张。

为了降低能源损耗，需要高效率、较少冷却或功率耗散的热量散发，这是在所有射频能量应用设计中一个很重要的考虑因素。恶劣的工作环境以及加热元器件对工作负载的不可预知性，使得对它的在耐用性上有着苛刻的要求，还有对其功率一致性和长期寿命的需求，成为了现有磁控技术的短板。

到目前为止，已能勉强接近该领域艰难成本目标的固态器件技术只有硅LDMOS器件。由于无线通讯基站的发展，LDMOS 器件技术已很好地建立了具有竞争力的成本结构和大批量的供应链。然而，其弱点是在于它的效率（仅仅大于10%）、耐用性（它只有较低的击穿电压和较低的工作温度）和功率密度（只有GaN器件的1/4~1/6）上。

碳化硅衬底上GaN器件能够满足这些必要的性能要求，但无法达到必需的生产规模和成本，与传统技术相比，其成本要高出5 到10倍，碳化硅衬底的加工成本即使在其进入大规模生产阶段仍然会十分高昂。

然而，在新的一年中，当GaN器件从传统的4 英寸化合物半导体工厂过渡到6 英寸和8 英寸硅晶圆厂进行生产时，硅上GaN器件就能开始突破制造成本的阈值，并向着由射频能量联盟（RF EnergyAlliance, RFEA）所设定的每瓦5 美分的最终目标前进。这意味着客户最终可以与主流技术的发展同步，例如，MACOM公司已经能够提供300W塑料封装的硅上GaN器件，它有着大于70%的效率，售价约为15 美元，这一价格/性能水平已处于当今射频能量器件领域的领先位置。