自上世紀90年代末以來，以美國領先的國際氮化鎵（GaN）材料應用研究熱潮逐漸擴散，2000年我國國內就有研製成功的消息，隨着應用成熟度的提高，世界電子界已廣泛地在電子戰設備和雷達上使用新一代氮化鎵（GaN）材料，以取代砷化鎵（GaAs）爲材料的上一代技術。氮化鎵（GaN）材料功率器件相對於上一代器件發射功率可以提高5-10倍，而且可以耐受更高的工作溫度，並且具有高擊穿電壓、大電流、高熱導率、體積大幅減小等優點。氮化鎵（GaN）材料帶來了全新的功率、可靠性、經濟性優勢。美國軍方也在近十年達到了高功率部件非氮化鎵（GaN）不用的程度。我們來說說美國最新雷達所用功放材料水準和下一代發展方向。

可監控衛星的 美國AN/FPS-115預警雷達

低成本：

在2005年開始的太空籬笆項目中，爲發現並跟蹤太空碎片美國空軍需求一種新型S波段雷達。此時氮化鎵（GaN）被美國軍方認爲將爲構建’太空籬笆’系統帶來顯著優勢。在美軍開始建立‘太空籬笆’時已有足夠的數據表明GaN技術已趨於成熟，只待使用。

太空籬笆計劃中的天基體系

在2000年代中期，美國軍方爲製造商提供氮化鎵（GaN）開發資金。希望促進氮化鎵（GaN）的成熟度以使工業界達到預期產量，從而使部件從經濟上而言更加實惠。洛馬公司沒有製造廠，是將設計的系統需求交給兩個商業製造廠，然後讓這兩家公司競爭洛馬公司的業務。這達成了真正的競爭優勢：不僅使得這些製造廠在一定程度上展開相互競爭，而且會降低價格。

洛馬公司通過優化微波集成電路獲得可靠的功率放大器。並瞭解了這類彼此競爭的製造廠，易於降低成本壓低價格。氮化鎵（GaN）應用基本成熟是2011年12月。2014年7月其中一個製造廠Qorvo公司的氮化鎵（GaN）製造工藝符合全部性能、成本和產能目標，並具備支持全速率生產的能力。

採用氮化鎵（GaN）材質的愛國者新雷達

Qorvo公司把氮化鎵（GaN）應用到廣大商業需求。這種商業需求的增長使國防部參與併購買氮化鎵（GaN）晶圓，這將使成本有明顯的下降。因爲軍用雷達佔用製造廠的生產時間不到一個月，剩餘的時間則由商業需求驅動。它們在本質上是相同的技術。如果工藝僅支持國防部，但國防部卻沒有足夠的量。保持產量能讓你變得越來越擅長，並一直保持這種優勢。

高功率：

2010年、洛馬公司就達到了技術成熟度6級，能夠演示採用氮化鎵（GaN）技術建造的高功率L波段發射機。洛馬公司還在開發應用於X波段雷達的氮化鎵（GaN）技術。我們計劃涵蓋雷達的所有頻率。甚至高至Ku波段。氮化鎵（GaN）可以應用於所有需要高效率和高功率的領域。如果是真正的低功率，則可以採用砷化鎵（GaAs），但如果是高功率，則需要考慮採用氮化鎵（GaN）。正在廣泛應用氮化鎵（GaN）的另一個領域是電子戰領域，洛馬公司正在利用氮化鎵（GaN）的高功率和寬帶特性。

採用氮化鎵（GaN）的美國戰場雷達

可靠性：

洛馬公司還證明了氮化鎵（GaN）可靠性，進行了廣泛的壽命週期測試，場效應晶體管構成的氮化鎵（GaN）功率放大器，可能永遠看不到它出故障。甚至在使用20年之後其可靠性依然會很好。萬一某個放大器出現故障時，內置了容錯機制的雷達仍可以繼續工作。基於可靠性預測，除了某些突發性事件外，實際上可能根本不會看到任何故障。曾嘗試讓放大器出故障，但沒有如願。

適裝性：

2014年10月美國海軍陸戰隊又增購了4部AN/TPS-80型制導雷達。最初兩部雷達採用的是砷化鎵（GaAs）收發模塊，諾斯羅普•格魯曼公司將在隨後的系統中採用氮化鎵（GaN）。2015年8月25日，美國海軍陸戰隊給予了諾格公司第二階段生產的900萬美元資金，即AN/TPS-80型制導雷達的低速初始生產，並過渡到氮化鎵（GaN）。用氮化鎵（GaN）取代砷化鎵（GaAs）只是插拔一個部件的問題。事實上，諾格公司如今已將砷化鎵（GaAs）和氮化鎵（GaN）發射/接收模塊混合並匹配到了同一孔徑中。

美國最新AN/TPS-80型制導雷達

高功率，小體積：

2014年6月，雷聲公司表示已經成功地演示了裝備有相控陣和氮化鎵（GaN）的“愛國者”雷達。基於氮化鎵（GaN）的相控陣賦予雷達360°的監視能力。與此同時，美國空軍正在開發需要採用氮化鎵（GaN）的3D遠程雷達。對於美國海軍的阿利•伯克III級驅逐艦防空反導雷達項目中，中標的雷聲公司採用氮化鎵（GaN）是因爲海上船舶使用的雷達外殼需要一定的敏感性，這要求雷達具有一定的功率孔徑積（功率/體積）。爲了將雷達安裝到船舶上，在船舶功率和重量預算之內，需要一種高性能、高功率的半導體。上代砷化鎵（GaAs）難以適合在尺寸和重量範圍之內。此外，砷化鎵（GaAs）遠不及氮化鎵（GaN）高效。

對美國下一代防空反導雷達這種綜合防空反導雷達而言，它能夠實現我們所說的每次防空和彈道導彈防禦（BMD）任務中的極高的多目標探測能力。並且擁有足夠的高水平的功率孔徑積（功率/體積），氮化鎵（GaN）能夠做到這一點。

採用高功率密度半導體，所需的T/R模塊和支持電路更少，進而降低了成本。建造具有相同能力的雷達所需的雷達模塊更少。氮化鎵（GaN）能實現每個單元都能獲得高功率，小體積。這是雷聲公司選擇氮化鎵（GaN）的另一個原因。

美國未來防空計劃中的火控雷達

產能：

目前氮化鎵（GaN）的產量在製造方面等同於甚至優於砷化鎵（GaAs）。用GaAs生產線生產氮化鎵（GaN），這兩套設備有一定的通用性，GaN的生產線有一些特殊的設備。儘管國防客戶通常要求更嚴格的篩選和檢驗，但生產過程是一樣的。

Qorvo公司可以覆蓋很寬的頻率範圍，從UHF至毫米波。氮化鎵（GaN）晶圓在商業方面有20％左右的年增長率。國防市場大體與之相當。總體來說，Qorvo公司國際銷售的收入已經超過了50%，其中很大一部分來自國防領域。由於氮化鎵（GaN）能產生更大的輸出功率（同樣尺寸下大約高10倍），在許多應用中氮化鎵（GaN）優於砷化鎵（GaAs）。

美國最新的AN/APG-83雷達

進一步優化：

氮化鎵（GaN）的價值已經得到確認，它能進入著名的大型立項項目，如美國下一代防空反導雷達雷達和下一代干擾機。但是看一下基礎材料的能力，仍存在大量尚未開發的潛力。美國軍方已做了大量工作來挖掘潛力，創建基於相同基礎材料的不同型號，以給各個部門帶來不同的能力。

美國軍方目前正在開展芯片內/芯片間’增強冷卻’項目。將冷卻系統與設備相結合，這樣就可以通過更好的冷卻過程來釋放出某些潛在的電氣性能。’增強冷卻’項目旨在通過包括在電子設備設計早期階段的熱管理來探索嵌入式熱管理以及在基底、芯片或組件中引入微流體冷卻技術，以尋求克服遠程冷卻的侷限性。’增強冷卻’項目的成功將有助於縮小諸如計算機、射頻電子設備、固態激光器之類的高性能電子設備中芯片級發熱密度和系統級散熱密度之間的差距。

美國用於反導的國土防禦雷達

美國還在專注進行下一代氮化物電子技術，目前有多個項目取得成果。

1、美國公司正在將硅晶體管的應用經驗轉化到氮化鎵（GaN）上，從而製造縮小版的GaN晶體管並提升頻率性能，採用更精細的柵極間距和線路。已推動了寬禁帶半導體項目產生的典型技術：0.25微米柵連接能力，將目前雷達和通信系統工作的2-10 G赫茲的頻率提高到數百G赫茲的頻率。

2、美國軍方另一個是‘微尺度功率變換’項目，在高頻工作的上着眼於縮小氮化鎵（GaN）晶體管。重新優化它們的功率變換在以用於比平常更高的頻率上。我們的想法是將射頻放大器耦合到電源設計中。原因在於通信系統大多采用複雜波形，很難製造出能高效率處理那些複雜波形的放大器。如果能夠利用氮化鎵（GaN）的動態性能，則可以極大地提高這些放大器的效率。將這些氮化鎵（GaN）功率轉換器整合到氮化鎵（GaN）射頻放大器，以創建高效率的寬帶通信設備。

美國遠程識別雷達

3、Qorvo公司與美國軍方正在合作開展一項研究項目。其中一項工作是氮化鎵（GaN）與人造金剛石的熱管理。類似於氮化鎵（GaN）， 金剛石是一種寬禁帶半導體材料，有着略寬的禁帶和優越的傳導性。金剛石一般是用晶體生長技術製造的，是人造金剛石。人造金剛石的投資早於氮化鎵（GaN）的投資，因此工程師們早已知道其熱導率非常適用於製造高功率電子產品。

美國軍方有一個被稱作“近結熱傳輸”（NJTT）的項目。該項目着眼於爲氮化鎵（GaN）和其他設備集成熱層。就管理熱負荷方面而言，NJTT與金剛石散熱項目採用的方法相同。很多項目與集成金剛石基底有關。在過去的幾年裏有很多其它令人關注的材料出現，如複合氧化物。雖然美國軍方沒有對它們進行廣泛的投資，會繼續予以關注。”

4、另外、諾格公司正在探索超越氮化鎵（GaN）的先進概念和技術。在設備級的高度集成方面有一些非常令人興奮的成果。在射頻系統領域進行研究和開發能提供基於性能或經濟可承受性或兩者兼顧的優化技術。諾格公司在硅化鍺（SiGe）方面做了大量工作。硅化鍺(SiGe)在獲得射頻電路高度集成方面具有優勢。目前很可能會獲得最大關注的方面是正在通過硅化鍺(SiGe)來實現實現更高的集成度。硅化鍺(SiGe)提供了在每個通道上真正獲得多個芯片並將其轉換成每個芯片上多個通道的能力。這種芯片具有在同一器件上混合射頻和數字互補金屬氧化物半導體大規模集成電路的能力。如果進一步連接專用集成電路和模數轉換器，就能夠實現直接數字轉換，美國軍方已有這方面的合同。