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    2020年新材料氮化鎵大火 會成為第二個石墨烯嗎?

    2020-12-09 15:11:19

    2019是5G元年,2020會是GaN(氮化鎵)元年嗎?很多人對此頗為看好。“GaN作為新一代半導體材料必然會逐漸體現出優越性?!?/span>


    在中國電科11所工程師尚林濤看來,GaN能夠在高頻高溫環境下工作,耐高壓、性能穩定、壽命長、省電、輕型緊湊,這些都是它的優點,“很多應用領域都會使用GaN,如5G射頻等?!?/span>


    目前,隨著疫情防控形勢不斷向好,國內掀起了新基建熱潮,尤其是加快5G建設,被提升至新的高度,運營商和地方政府正在全力推進。在分析人士看來,5G建設熱潮將會進一步帶熱GaN市場,尤其是在5G基站中,GaN的市場前景廣闊。


    01功率放大器成重點領域


    分析師王尊民表示,目前來看,包括愛立信、華為、諾基亞、中興及三星等設備大廠,大多數5G基站皆已采用GaN的PA器件(功率放大器)。據了解,基站射頻前端芯片包括射頻開關、射頻低噪聲放大器、射頻功率放大器、雙工器、射頻濾波器等,PA通常用于實現發射通道的射頻信號放大。


    電子創新網CEO張國斌對《IT時報》記者表示,GaN在5G基站的主要應用就是PA。5G建設熱潮的到來,將驅動移動基站內GaN PA占比的提升。


    據技術人員介紹,4G時代基站的發射模式主要是4T4R(T為Transmit縮寫,R為Receive縮寫,即4發4收),也就是4根發射天線和4根接收天線,按照一個基站三個扇區計算,對應的射頻PA需求量為12個。

    1副天線(收發)需要1個射頻PA,3個扇區每個扇區4副天線即12副天線需要12個PA,圖/無線深海

    1副天線(收發)需要1個射頻PA,3個扇區每個扇區4副天線即12副天線需要12個PA,圖/無線深海


    5G基站是以64T64R大規模天線陣列為主,對應的PA需求量高達192個,PA數量將大幅增長。

    4G基站和5G基站的天線對比

    4G基站和5G基站的天線對比


    來自市場調研機構Yole數據顯示,2017年GaN射頻市場規模為3.8億美元,預計2023年將增長至13億美元,復合增速為22.9%。


    據天風證券報告,我國5G宏基站使用的功率放大器數量在2019年達到1843.2萬個,今年有望達到7372.8萬個,其中基于GaN(氮化鎵)工藝的比例將達到6成。


    亞光科技旗下子公司技術負責人陳先生告訴《IT時報》記者,與其他材料相比,5G基站使用的GaN射頻器件有功效高、好用兩大突出優勢,“好用的意思就是不容易壞,能節約成本?!?/span>


    不過,他也指出GaN射頻器件的前期投入成本大,價格要比GaAs(砷化鎵)至少高出一個數量級。王尊民也認為,GaN器件成本較高,以6英寸晶圓為例,GaAs需600美元、硅基GaN需500美元、碳化硅基GaN需1200美元。


    02搶灘GaN射頻市場


    基于硅的橫向擴散金屬氧化物半導體(LDMOS)、砷化鎵(GaAs)以及氮化鎵(GaN),是基站中大功率射頻器件所使用的三種主要材料 。


    Yole報告預測,2020年——2021年為5G基礎設施建設的關鍵期,也將是GaN器件替換傳統LDMOS材料的關鍵期。

    三種不同材料射頻器件的市場預測

    三種不同材料射頻器件的市場預測


    面對5G網絡部署良機,國內外廠商在GaN射頻器件市場競爭激烈,住友電工、恩智浦、英飛凌、Qorvo等國外巨頭,加上蘇州能訊、英諾賽科、海威華芯、耐威科技、三安光電等國內廠商誰都不想錯過市場。


    目前來看,住友電工、Qorvo等處于行業第yi梯隊。其中,住友電工已成為華為核心供應商,為華為GaN射頻器件*大供應商。就在本月3日,Qorvo推出了全球性能*高的寬帶功率放大器—— TGA2962,這是一款基于GaN工藝而構建的功率放大器。


    這款功率放大器專為通信應用而設計,擁有多項性能突破,同時減少了元件數量、占用空間和成本。


    陳先生介紹,看到GaN在5G基站中的前景,其所在公司從軍用轉向民用,在四五年前就著手研發GaN射頻產品,目前已向多家通信設備商供應GaN射頻產品。不過,陳先生沒有透露客戶信息。


    三安集成公司一位人士也告訴記者,公司生產的GaN產品已向華為、諾基亞、愛立信供貨,主要為5G基站的射頻功率放大器。


    03把GaN放進手機仍有難度


    王尊民表示,雖然GaN前景廣闊,但根據目前發展情勢,LDMOS(基于硅的橫向擴散金屬氧化物半導體)、GaAs(砷化鎵)及GaN(氮化鎵)器件仍將三者并存。


    “由于考慮成本問題,高功率、高頻率的5G宏站會以GaN為主流;至于功率及頻率稍小的小基站,則會以GaAs組件為主;其他基站的設備,考慮到成本,仍會主要選擇LDMOS?!彼f。


    GaN射頻器件除了在基站端市場廣闊外,在手機端同樣值得期待。


    王尊民認為GaN器件確實有機會應用于手機中,三星等手機廠商以及skyworks等射頻企業大致已將GaN應用于5G手機中,成效還不錯。


    尚林濤認為,GaN射頻器件在手機端的應用前景光明,能有效解決當下5G手機發熱、續航差、天線布局難等問題,但困難在于氮化鎵材料及器件性能是否能持續穩定以及能大批量生產供應。


    王尊民也表示目前阻礙GaN用在手機上還是基于成本考量,硅基GaN的良率還有待提升。


    目前來看,手機廠商使用GaN的興趣點在于充電器,OPPO、小米相繼推出了GaN充電器,提升了GaN在普通用戶群體中的知名度,現在魅族也準備發布GaN充電器。但是,將GaN材料普遍應用于手機自身內部,也許還要一段時間。


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