現代社會對於更高資料速率無線連接，以及更高分辨率雷達成像系統的需求與日俱增，致使相關微波系統的工作頻率不斷提高。雖然5G已為無線通訊網路利用毫米波頻率奠定基礎，但對6G以及衛星通訊連結的研究正在推動毫米波系統向100GHz以上範圍進一步發展。
這一趨勢帶來的挑戰日益嚴峻，半導體產業須要提供能在極高頻率下供應高輸出功率的元件。功率放大器通常以單片微波積體電路(MMIC)形式實現，是無線通訊和成像系統中最重要的組成部分。在輸出功率、效率、頻寬、線性度和雜訊方面，功率放大器對整個系統的性能有著決定性作用。
本文將重點介紹一些高頻應用相關半導體材料的關鍵特性，以及前瞻功率放大器的發展狀況。
高頻應用半導體的材料特性
雖然具有直接能隙的III-V族半導體(GaAs、GaN和InP)是光電子裝置(雷射器)和高頻應用的理想材料，但矽技術(SiGe)擁有最先進的大規模製程，能夠為商業應用提供具有成本效益的解決方案。
圖1的雷達圖總結並比較了不同高速半導體的材料特性。主要參數簡述如下：
圖1 毫米波半導體所選材料特性的比較情況[1]
電子遷移率
電荷載子根據所施加電場而移動和跟隨的能力稱為遷移率。由於電子比帶正電的電洞表現出更高的遷移率，高速半導體裝置均基於電子轉移電流開發。因此，「電子遷移率」這一參數具有相關性，單位為m²/(Vs)。
飽和速度
當電荷由高電場強度驅動時，該參數可描述半導體裝置中電子的最大速度，單位即為速度的單位m/s。在高場強下操作裝置的工作狀態也稱為「速度飽和」。
崩潰場強
該參數單位為V/m，可描述材料導電之前承受高壓的能力(在無電流限制情況下，通常會對裝置造成破壞)。該參數可完全反映裝置的最大工作電壓。場強導板應用等技術可改善和均衡半導體裝置中的場強分布，進而提高其崩潰電壓。
能隙
能隙(Energy Gap or Bandgap)測量單位為eV，是一種基於量子物理學的特性，可描述導帶和價帶之間的能量差，其中未摻雜的半導體沒有能量狀態。對於異質接面裝置，可透過向半導體合金中添加額外材料來形成能隙結構，以改善裝置性能，如SiGe異質接面雙極性電晶體(HBT)或III/V族基高電子遷移率電晶體(HEMT)裝置。
熱導率
該參數可描述基板材料傳導熱能的能力，單位為W/(m．K)。特別是對於像功率放大器這樣的功率應用，由於裝置輸出功率通常具有熱限制，該參數至關重要。因為熱限制，GaN HEMT需要在遠低於其崩潰電壓的情況下工作，熱導率對於此類HEMT而言尤其重要。請注意，基於上述原因，高階GaN裝置應於具有高熱導率的晶格匹配基板上製造，如SiC，甚至是鑽石。
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