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近幾年，環(huán)境問題愈發(fā)嚴峻，新能源汽車和再生能源備受推崇，5G 商用推進，高功率挑戰(zhàn)重重，這也為新材料應用創(chuàng)造了大量的需求，GaN 以其禁帶更寬和更高的輸出阻抗被業(yè)界重視，尤其是高性能射頻微波領域，如基站、衛(wèi)星通信等。據權威機構預測，這一市場份額大約 97 億美元。
硅基 GaN：成本下降，性能超越 SiC 基 GaN
對于消費電子市場來說，目前硅基半導體可以為大部分應用提供足夠的性能，而且價格比 GaN 便宜，因此 GaN 的大范圍推廣受到極大的挑戰(zhàn)。除此之外，SiC 在中低功率市場也與 GaN 形成競爭。
芯片價格決定于晶圓尺寸，晶圓尺寸越大芯片價格越低，產品也就越有競爭力。目前市場上的硅基 LDMOS 產品可以做到 8 寸晶圓，SiC 和 GaN 大部分采用 4 寸晶圓。如果想要降低 GaN 的價格就需要擴大晶圓尺寸。
MACOM 公司無線產品中心資深總監(jiān)成鋼解釋，“我們努力把硅基 GaN 的晶圓尺寸做到 8 寸，這樣 MACOM 的單個產品功率密度是 LDMOS 的 4 到 5 倍，這就意味著單品價格會下降 5 倍，實現了用大量晶圓平均成本。對比 SiC，其外延材料品質還達不到 6 寸或者 8 寸晶圓的要求，因此成本還會居高不下?！?/p>
成鋼強調，“我們的硅基 GaN 性能和 SiC 基 GaN 的性能相當，第四代硅基 GaN 的峰值效率可以提供到 70%，LDMOS 產品只有 60%；在基站上的平均效率可達到 60%，LDMOS 產品只有 54%，SiC 基的 GaN 目前效率可達到 58%-59%，由此可見 MACOM 研發(fā)的硅基 GaN 性能已經超過了 SiC 基 GaN 的產品性能，總之，我們用 LDMOS 的硅基成本結構來提供 GaN 的性能。未來 MACOM 的硅基 GaN 會替代 SiC 基 GaN 產品。”
MACOM 公司無線產品中心資深總監(jiān)成鋼
4G 到 5G 的轉變，少不了 GaN 的一筆
4G 已經商用，5G 也在路上。由于全世界都需要高速移動 / 遠程寬帶接入，大量增設無線基站成為必然趨勢。據統(tǒng)計，隨著 GaN 技術在射頻 RF 中的應用逐漸增多以及 LTE 基站在中國的廣泛部署，射頻 GaN 的市場規(guī)模在 2015 年增長近 50%，預計到 2020 年達到 6.9 億美元。但是運營商又希望在提高數據容量的同時，不要能大幅度增加硬件成本。成鋼指出，“與 LDMOS 想比，我們的硅基 GaN 技術封裝更小，功率和能效更高，從而可以提高數據容量，削減運營成本。”
以基站為例，MACOM 的硅基 GaN 產品可以幫助目前的 300 萬個 4G 基站一年節(jié)約 23 億人民幣的電費；由于體積變小，未來的基站可以安裝到街燈上，運營商的成本也會大幅度縮減。在 5G 通信中，無線基礎架構的頻寬會擴大到原來的 200 倍，因此相應的半導體元件能效需要大幅度提高；在 5G 時代，智能手機支持的制式越來越多，射頻前端走向集成化已成為必然，GaN 將成為最適合 PA 的材料，尤其在 28GHz 以上的頻譜。因為毫米波的功率要求非常高，GaN 小體積、大功率的特性，未來將有可能應用在 PA 芯片上。
射頻能量：一個讓 GaN 興奮的市場
GaN 也將在射頻能量市場有很多應用。比如在固態(tài)烹飪市場，越來越多設備開始采用電磁加熱，如微波爐、電飯煲、電磁爐等，還有工業(yè)照明市場，這些產品數量將會遠遠超過基站。而 SiC 因為晶圓尺寸小，成本高而無法支持這樣的市場需求，現有的解決方案的痛點是使用壽面有限，這也給 GaN 帶來新的市場機遇。
成鋼表示，“在固態(tài)烹飪方面，GaN 射頻晶體管取代現有的磁控管，可明顯延長系統(tǒng)使用壽命，穩(wěn)定輸出功率并實現區(qū)域可控的加熱；在等離子照明方面，基于固態(tài)射頻能量的等離子照明顯著延長了光源的使用壽命，與傳統(tǒng)技術相比，能夠以更低的成本提高可控性，如現有的路燈燈具、接線和燈架完全兼容基于射頻等離子的照明技術?！?/p>
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