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探究氮化鎵在射頻電子中的應(yīng)用

Qorvo半導(dǎo)體 ? 來源:Qorvo半導(dǎo)體 ? 作者:Qorvo半導(dǎo)體 ? 2021-06-18 17:08 ? 次閱讀
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近年來,因為 5G 的應(yīng)用,大家對射頻氮化鎵的關(guān)注度日益提升。

小編也認為,GaN 非常適合提供毫米波領(lǐng)域所需的高頻率和寬帶寬。它可以滿足性能和小尺寸要求。使用毫米波頻段的應(yīng)用需要高度定向的波束形成技術(shù)(波束形成將無線電信號聚焦成強指向性的波束,從而提高功率并最大限度地減少用戶設(shè)備上的干擾)。

這意味著 RF 子系統(tǒng)將需要大量有源元件來驅(qū)動相對緊湊的孔徑。GaN 非常適合這些應(yīng)用,因為以小封裝尺寸提供強大性能是其最顯著的特點之一。

而根據(jù)國際知名分析機構(gòu) Yole 在 6 月初的一份報告,氮化鎵射頻產(chǎn)業(yè)始于碳化硅基氮化鎵技術(shù)。Yole 進一步指出,碳化硅基氮化鎵技術(shù)于 20 年前問世,如今已在射頻功率應(yīng)用領(lǐng)域成為 LDMOS 和砷化鎵的主要競爭對手。

據(jù) Yole 介紹,除了在雷達中的深度滲透,碳化硅基氮化鎵也一直是電信 OEM 的選擇,如華為、諾基亞和三星都在其 5G 大規(guī)模 MIMO 基礎(chǔ)設(shè)施中選用了這項技術(shù)。碳化硅基氮化鎵技術(shù)的高帶寬和高效率使之在 5G 市場上不斷搶占 LDMOS 的份額,而且 6 英寸晶圓平臺過渡帶給它的益處也開始顯現(xiàn)。

在此背景下,Yole 預(yù)測,碳化硅基氮化鎵器件市場在 2020 到 2026 間將以 17% 的 CAGR 增長,預(yù)期整體規(guī)模在 2026 年將達到 22 億美元以上。

在射頻氮化鎵市場,除了碳化硅基氮化鎵以外,硅基氮化鎵也是另一個選擇。

Yole 專門從事化合物半導(dǎo)體與新興基板業(yè)務(wù)的技術(shù)與市場分析師 Poshun Chiu 也指出,作為關(guān)鍵的挑戰(zhàn)者,硅基氮化鎵仍具有競爭力,有望帶來具有成本效益和可擴展性的解決方案。

他同時強調(diào),盡管硅基氮化鎵 PA 在 2021 年第二季度其市場體量還很小,但其大帶寬和小尺寸的優(yōu)勢吸引了多家智能手機 OEM。隨著創(chuàng)新型競爭企業(yè)的重大技術(shù)進步,這項技術(shù)可能很快就會在一些低于 sub-6GHz 5G 手機中被采用。這無疑將標志著硅基氮化鎵射頻產(chǎn)業(yè)的一個里程碑。

據(jù) Yole 的數(shù)據(jù)預(yù)測,近期代工廠的加入以及與新興功率電子硅基氮化鎵產(chǎn)業(yè)的協(xié)同效應(yīng)也有助于硅基氮化鎵射頻保持長期發(fā)展勢頭。在手機以及國防和 5G 電信基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的推動下,在 2020 到 2026 年間,硅基氮化鎵器件市場將以 86% 的 CAGR 增長,預(yù)期規(guī)模將在 2026 年達到 1.73 億美元。

Yole 進一步指出,整個 GAN RF 市場的價值在 2020 年已達到 8.91 億美元。在 2020 到 2026 年間,年復(fù)合增長率會高達 18%。

從市場上看,GaN RF 器件市場將由 5G 電信基礎(chǔ)設(shè)施和國防應(yīng)用主導(dǎo),截至 2026 年這兩者在整個市場中所占份額將分別為 41% 和 49%。他們同時強調(diào),在 5G 電信和國防領(lǐng)域的推動下,Gan-on-SiC 技術(shù)在高功率密度和導(dǎo)熱性方面仍然更受青睞。

針對這兩種不同的氮化鎵產(chǎn)品,Qorvo 無線基礎(chǔ)設(shè)施及國防產(chǎn)品高性能解決方案事業(yè)部總經(jīng)理 Roger Hall 在早些年接受《微波雜志》采訪的時候,也發(fā)表過他的觀點。

Roger Hall 強調(diào),Qorvo 并不反對硅基氮化鎵,但是公司更傾向于碳化硅基氮化鎵是將來的發(fā)展方向。因為公司相信將來如果產(chǎn)量上去的話,成本是能夠降下來的。

此外,Roger Hall 表示,考慮成本時不應(yīng)只考慮 GaN 自身的成本,而應(yīng)考慮包含 GaN 的模塊或子系統(tǒng)的總成本,包括裸片、封裝、測試、配套組件、集成等。因為大多數(shù)產(chǎn)品都是集成式的模塊,而不是單獨的東西。

“所以我們覺得整體成本是多個元件加起來的成本。如果這樣算,我們認為碳化硅基氮化鎵的總成本還會降低,而且它在效率還有技術(shù)性能方面也都非常優(yōu)異,相對于硅基氮化鎵,散熱性能也更好,效率就會因此變得更高。這對于用戶來說是非常有價值的。另外碳化硅基氮化鎵的尺寸也更小,節(jié)約了系統(tǒng)空間?!盧oger Hall 接著說。

作為領(lǐng)先的射頻方案供應(yīng)商,Qorvo 在氮化鎵方面也有廣泛的布局。

據(jù) Qorvo FAE 經(jīng)理荀穎在 Semicon China 2020 同期功率及化合物半導(dǎo)體國際論壇 2020 上介紹,從工藝的角度來看,目前,Qorvo 可以提供從 90 納米到 0.56 微米的氮化鎵制造工藝。

以高電壓低頻率范圍舉例,Qorvo 的 0.25μm 高壓技術(shù)(即 QGaN25HV)開始發(fā)揮作用。QGaN25HV 使我們能夠通過 0.25μm 器件升高至 48V,實現(xiàn)高增益和功率效率。QGaN25HV 非常適合邁向 6GHz 的 5G 基站。

編輯:jq

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原文標題:氮化鎵在射頻電子中的應(yīng)用

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