用微電子器件是一些需要在惡劣環(huán)境中長時間持續(xù)工作而無須維修的器件,對性能、可靠性、重量、體積和能耗等方面都有著極其苛刻的要求,其開發(fā)制造成本也較高。通常,宇航及其他軍用微電子系統(tǒng)要求在長期存放過程中性能不退化,如導彈要求存放10至20年仍能滿足安全和可靠性的要求;空間應用系統(tǒng)要求穩(wěn)定的可靠性、極小的體積并能完成嚴格的檢測和試驗;航空電子系統(tǒng)要經受短時間內溫度、濕度和環(huán)境壓力的極度變化;此外,這些電子系統(tǒng)還必須具有極強的抗輻射能力,且功能和壽命必須達到20至30年以上。

采用傳統(tǒng)半導體材料制作的微電子器件已無法滿足新一代宇航及軍事系統(tǒng)裝備對體積、重量和可靠性的更高要求,因而未來武器裝備和宇航系統(tǒng)必須采用最先進的微電子器件才能使整體工作性能與可靠性得到最大限度地提高。業(yè)已證實,被譽為第三代半導體材料的SiC、GaN、金剛石和AlN等完全符合下一代宇航及軍事系統(tǒng)裝備應用的各項要求。在已開發(fā)的寬帶隙半導體中, SiC是技術最為成熟的一種材料。SiC器件能耐500℃以上的高溫、 1 200 V以上的電壓,具有功率大、電流強、功耗低、頻率高的特點,適合大型牽引電氣設備系統(tǒng)、火車、汽車的電氣設備、軍用武器裝備系統(tǒng)、宇趨勢與展望導彈、火箭電氣設備系統(tǒng)等應用,其耐惡劣環(huán)境的性能是Si和GaAs等傳統(tǒng)半導體器件無法比擬的。另外,由于SiC的帶隙寬度很大,故還可作為可見光短波長范圍的發(fā)光材料。 GaN器件是寬帶隙半導體研究的一大熱點。

GaN的寬帶隙特點保證了它在高溫、大功率以及紫外光探測器等領域的廣闊應用前景。它具有可靠性高、效率高、速響應快、壽命長、全固態(tài)化、體積小的優(yōu)點,將對宇宙飛船、火箭羽煙探測、大氣探測、火災控制等領域產生重大影響。寬帶隙半導體器件在宇航及軍事領域應用中的優(yōu)勢當前的軍用多功能系統(tǒng)通常采用兩種基本設計模式:單信號發(fā)送和同步信號發(fā)送,同步信號發(fā)送技術是在要求增加功能的驅動下發(fā)展起來的,在雷達系統(tǒng)應用中顯得更加突出。雷達系統(tǒng)通常需要從一個位置上對空間做大量的搜尋,同時還需要進行武器制導、信號通信和目標跟蹤。接收多個同步信號常用的方法是對增量真實時間延遲進行波束控制,在完成過程中要采用開關微波傳輸線、光纖, 同時還要對模擬-數(shù)字轉換器輸出進行數(shù)字處理。

采用寬帶隙半導體的低噪聲放大器(LNA)將以其兩大突出優(yōu)點應用于該領域。首先,寬帶隙半導體具有較高的熱導率和介電強度,因此采用寬帶隙半導體的LNA將具有優(yōu)越的性能,因而可適當放寬對前端二極管限幅器的要求,提高限幅器的電壓, 且損耗很低,尤其是在極大帶寬系統(tǒng)應用時,這些優(yōu)點則會更加明顯。從系統(tǒng)應用的角度來看,采用寬帶隙半導體器件的LNA和限幅器,其噪聲系數(shù)要比采用GaAs器件低得多。早在2000年科研人員就已證實, X波段寬帶隙LNA的噪聲系數(shù)為