实验室也能种植钻石？氮化镓技术超磁控管，平均使用寿命高达10万小时?

传统的磁控管平均寿命为 4 千至 6 千小时，而使用了氮化镓（Gallium Nitride，GaN）技术的半导体晶体管，平均使用寿命可长达 5 万至 10 万小时，并且还兼备数字可控性、低电压操作、紧凑性和简单的系统集成等功能。这让自动化加工线在经济上变得可行，甚至还有望改变制造商生产钻石的模式，可直接在实验室里的种植钻石。

有关磁控管的历史可追溯至 1939 年，以谐振腔磁控管为代表的磁控管发明于大西洋之战（Battle of the Atlantic）的高潮期，它的形状与旧式电视中使用的真空管形状类似。但是，在功能方面却有很大的不同，磁控管可使电荷振荡并发射微波，这是一种比以前的雷达防御的无线电波更强大的辐射形式。

如今，轻巧便携、可随时放在手中的磁控设备在厨房里随处可见。有趣的是，现在大多数人不知道它起初应用于军事的历史，更不知道它对第二次世界大战战局的重要影响。

第二次世界大战之后，磁控管的应用需求激增：“从 1946 年微波炉的发明开始，一直延续到今天 LTE（Long Term Evolution，长期演进）和 5G 网络的基站。”

不过，在智能制造时代背景下，真空管制造微波被替代已成为必然趋势，GaN 技术的出现正好解决了这方面的痛点。

韩国一家专门从事 GaN 晶体管设计和制造的公司 RFHIC（射频混合集成电路）所生产的晶体管，不仅具有优异的热稳定性，还具有高效率、高功率和紧凑的外形尺寸。将多个晶体管组合在一起可以产生高功率 GaN 固态功率放大器，进而可以组合成兆瓦级的工业微波发生器，其使用寿命可达 5 万至 10 万小时。

图 | RFHIC 公司 GaN 设备和子系统生产设施（来源：RFHIC 公司官网）

RFHIC 公司在 GaN 晶体管的设计和制造方面具有非常丰富的经验，该公司在 1999 年便成立。大卫·赵（David Cho）、塞缪尔·赵（Samuel Cho）兄弟两人敏锐地察觉到微波发生器在卫星应用方面机会，迅速创立了自己的公司，并将他们公司旗下的一款重要产品“RFHIC”作为公司的名字。

图 |  RFHIC 公司联合创始人兼 CEO 大卫·赵（David Cho）（左）、联合创始人兼 CTO 塞缪尔·赵（Samuel Cho）（右）（来源：RFHIC公司官网）

该公司结合了如 4G LTE 和 5G 无线基础设施，以及高级合成捷径（ASAR）雷达、气象雷达和空中交通管制雷达等应用场景需求，凭借其拥有的 23 年 GaN 射频和微波经验，将突破性技术用于化学气相沉积设备，为材料和食品加工、氢气生产和废气化等应用的客户提供服务。

RFHIC 公司的微波技术主要有以下三大应用优势：

第一，实现均匀加热。在食物加热方面，传统的加热方式和现有的磁控管微波溶液面临的最大问题之一，是无法使食物均匀受热，导致食物局部会出现“冷点”。另外，由于加工时间较长，食品营养含量、风味、色泽和质地等也难以达到预期效果。

与传统的基于磁控管的加热解决方案不同，氮化镓固态技术在数字可控性和监控能力方面体现出明显优势，可以为用户提供了更加统一、体验更好的终极产品。

图 | RFHIC 公司员工实操图（来源：RFHIC 公司官网）

以三聚氰胺泡沫为例，三聚氰胺泡沫作为一种“神奇海绵”，经常被用来做温和的磨料清洁剂，它们通常通过装有多个磁控管的“隧道”来制造原材料。当用户在使用磁控管技术时，由于不均匀的热分布使得胞状结构很难均匀加热和膨胀。如同烘焙一样，只有均匀受热分布，才能烤出完美的蛋糕。

用固态微波发生器取代体积庞大的磁控管组件，不仅可以使泡沫更加均匀地加热，它还可以减少用户制造系统的占地面积，进而使它们能够升级到自动化、数据驱动的生产线控制统。

RFHIC GaN 固态技术的核心亮点是扫频软件，该软件可以根据腔室内的产品提供实时反馈。在更换产品时，发生器将在 30-100 兆赫带宽内进行连续频率扫描，以检测最佳的工作频率。

第二，生成等离子体。等离子体是高度电离的第四态物质，半导体制造商是 RFHIC 等离子体技术的主要受益者。

等离子灯提供了一种与阳光相似的天然广谱光，使其成为植物栽培的理想解决方案，用户也可以使用等离子体作用于杀菌过程，来延长水果和蔬菜的保质期。该公司也在探索将其用于等离子体灯的垂直耕作和杀菌应用。

第三，在实验室里种植钻石。GaN 固态工业微波发生器常用于化学气相沉积系统和实验室金刚石的生长。

目前，许多制造商生产钻石的方式正从开采转向实验室培育。将一颗小的钻石种子和甲烷一起放置在一个大功率微波源中，其产生的等离子体可在钻石种子上结晶后逐渐生长。

RFHIC 的 GaN 固态工业微波发生器所具有的数字可控特性和更长的使用寿命，可以成功培育出在实验室生长的钻石，这种策略将帮助 RFHIC 的客户从竞争对手中脱颖而出。

RFHIC 营销主管格蕾丝·赵（Grace Cho）强调了合作在为 RFHIC GaN 固态工业发电机寻找新应用方面的重要性。她表示：“我们非常愿意与学术研究人员等各个领域的人士合作，探索 GaN 固态技术的使用。”

未来，GaN 固态微波电源有望在物理、化学、材料科学、食品加工等领域，掀起一波新的发现和创新浪潮。