隨著設(shè)計(jì)變得越來越復(fù)雜，工程師不斷尋找更新的半導(dǎo)體材料。氮化鎵（GaN）因?yàn)榫哂懈叩娘柡碗娮舆w移率和擊穿場，以及非常高的熱傳導(dǎo)性能，近年來已經(jīng)逐漸穩(wěn)定立足于射頻/微波應(yīng)用。基于GaN的功率放大器（PA）能夠在比硅（Si）或者砷化鎵（GaAs）器件高很多的溫度下工作，其頻率和功率水準(zhǔn)也能夠?qū)崿F(xiàn)目前其它任何技術(shù)所無法達(dá)到的效能。目前對GaN功率半導(dǎo)體器件的研究，無論是在學(xué)術(shù)界還是工業(yè)界，都達(dá)到了空前繁盛的階段。

與其它新技術(shù)一樣，GaN也存在技術(shù)障礙，目前最大的障礙就是成本。現(xiàn)實(shí)中，自然形成GaN的條件極為苛刻，而人造GaN的成本則非常高。不僅如此，無論是GaN晶圓生產(chǎn)，還是以GaN為襯底的芯片器件，都需要精密的納米加工工藝，技術(shù)門檻極高，這些都成為GaN大規(guī)模應(yīng)用的制約因素。

近日，高性能模擬射頻、微波、毫米波和光電解決方案的供應(yīng)商MACOM公司的無線產(chǎn)品中心資深總監(jiān)成鋼先生和無線產(chǎn)品解決方案銷售經(jīng)理陶煥磊先生接受了微波射頻網(wǎng)記者的采訪，介紹了GaN 功率器件的市場前景，以及MACOM第四代硅基GaN產(chǎn)品的優(yōu)勢特點(diǎn)。

硅基GaN技術(shù) 解決成本障礙

MACOM近日宣布其第四代GaN產(chǎn)品將以非常好的成本優(yōu)勢在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域替代橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體（LDMOS）、GaAs和以碳化硅（SiC）為襯底的GaN產(chǎn)品，使得GaN產(chǎn)品大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用成為可能。

MACOM公司無線產(chǎn)品解決方案銷售經(jīng)理陶煥磊先生介紹道，“MACOM的第四代GaN產(chǎn)品基于硅襯底，效率比LDMOS高10%，功率密度是LDMOS的4倍，預(yù)期成本結(jié)構(gòu)也低于LDMOS。在不降低性能指標(biāo)的前提下，將GaN產(chǎn)品的價(jià)格拉低到可與LDMOS進(jìn)行競爭的水平，因此極具優(yōu)勢。”

“生產(chǎn)SiC基GaN的高附加成本決定了只能由少量產(chǎn)品混合度高但產(chǎn)量低的晶圓廠提供，導(dǎo)致其缺少服務(wù)商業(yè)規(guī)模應(yīng)用的能力，尤其是滿足不了高峰需求。而且SiC是一種相對新興的材料，在商業(yè)規(guī)模化應(yīng)用的時(shí)間也比較短，但硅材料卻已經(jīng)擁有六十多年的產(chǎn)業(yè)化和發(fā)展歷史。因此，硅基GaN供應(yīng)鏈效率自然更高。硅基GaN將受益于非常低的硅成本結(jié)構(gòu)，與目前的SiC基GaN相比其晶圓成本只有百分之一。MACOM GaN產(chǎn)品線所生產(chǎn)的GaN相關(guān)器件，其每瓦特功率的晶圓成本只有相應(yīng)的LDMOS產(chǎn)品的一半。” 陶煥磊先生進(jìn)一步說道。

以無線基站/射頻微波應(yīng)用為市場突破口

用于無線基礎(chǔ)設(shè)施的半導(dǎo)體技術(shù)正在經(jīng)歷一場重大的變革，特別是PA市場。LDMOS晶體管在功率放大器領(lǐng)域幾十年來的主導(dǎo)地位正在被GaN撼動(dòng)，這將對無線基站的系統(tǒng)性能和運(yùn)營成本產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。GaN顯而易見的技術(shù)優(yōu)勢(包括能源效率提高、帶寬更寬、功率密度更大、體積更小)使之成為LDMOS的天然繼承者服務(wù)于下一代基站，尤其是1.8GHz以上的蜂窩頻段。

MACOM公司無線產(chǎn)品中心資深總監(jiān)成鋼先生介紹道，“以前SiC基GaN與LDMOS相比價(jià)格過高，但是MACOM公司最新的第四代硅基GaN技術(shù)(MACOM GaN)使得二者成本結(jié)構(gòu)趨于相當(dāng)。一個(gè)8英寸硅晶圓廠幾周的產(chǎn)能便可滿足MACOM GaN用于整個(gè)射頻和微波行業(yè)一年的需求。

談到為什么首先選擇無線基站來推廣硅基GaN產(chǎn)品時(shí)，成鋼先生表示：“MACOM公司在無線基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用領(lǐng)域有著幾十年的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識。無線基站/射頻微波市場相比其他GaN市場應(yīng)用，需要更高的技術(shù)支持和市場開發(fā)能力，而MACOM研發(fā)中心就設(shè)立在上海，能更好的提供這方面支持。“成鋼透露，MACOM已經(jīng)在國內(nèi)和華為、中興等巨頭進(jìn)行合作，推進(jìn)硅基GaN在無線基站的開發(fā)與應(yīng)用。

應(yīng)用于無線基站的MACOM硅基GaN設(shè)計(jì)樣品

比無線基站/射頻微波應(yīng)用更大10倍以上的市場

如今，從事GaN研究工作的人員很少僅僅將它看作是硅或GaAs的替代品，而是看好它作為一種可在新應(yīng)用中發(fā)揮作用的獨(dú)特材料，特別是它在高頻率、高電壓和高功率密度的應(yīng)用領(lǐng)域中極具研究前景。

成鋼先生表示：“隨著硅基GaN產(chǎn)品生態(tài)鏈的成形，出貨量大幅上升，未來MACOM將有可能采用6寸或者更先進(jìn)的工藝技術(shù)，這將進(jìn)一步提高生產(chǎn)能力、縮減產(chǎn)品成本。除無線基站/射頻微波外，MACOM還將硅基GaN產(chǎn)品推向更多商用市場，例如微波爐、汽車點(diǎn)火器、LED照明系統(tǒng)、無線電源、先進(jìn)醫(yī)療MRI成像系統(tǒng)、新能源等領(lǐng)域，低成本硅基GaN潛在應(yīng)用領(lǐng)域十分龐大。”

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