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【原創(chuàng)】碳化硅基PK硅基氮化鎵:誰能在5G時代勝出?


來源:中國粉體網(wǎng)   山川

[導讀]  碳化硅基氮化鎵與硅基氮化鎵器件的出現(xiàn)為氮化鎵半導體技術(shù)發(fā)展注入了新的活力,目前兩者之間的的技術(shù)和生產(chǎn)競爭已經(jīng)出現(xiàn)。

中國粉體網(wǎng)訊  由于氮化鎵半導體在低功耗、小尺寸等方面具有獨特的優(yōu)勢,近年來在功率器件市場大受歡迎。無論是在功率,還是RF應用領(lǐng)域,它都代表著高功率和高性能應用場景的未來,將在很大程度上替代砷化鎵和LDMOS。

 

然而,其居高不下的成本使得氮化鎵技術(shù)的應用受到很多限制。于是,碳化硅基氮化鎵與硅基氮化鎵器件的出現(xiàn)為氮化鎵半導體技術(shù)發(fā)展注入了新的活力。到2026年,RF GaN器件市場預計將超過24億美元。目前GaN-on-SiC(碳化硅基氮化鎵)和GaN-on-Si(硅基氮化鎵)之間的的技術(shù)和生產(chǎn)競爭已經(jīng)出現(xiàn)。


碳化硅基氮化鎵主導,硅基氮化鎵緊跟




在RF GaN行業(yè),一切都是從碳化硅基氮化鎵技術(shù)開始的,它在20多年前即已推出,現(xiàn)已成為RF功率應用方面LDMOS和GaAs的有力競爭者。除了軍用雷達領(lǐng)域的深度滲透,它還是華為、諾基亞、三星等電信原始設(shè)備制造商(OEM)5G大規(guī)模MIMO基礎(chǔ)設(shè)施的首選。隨著全球加速5G部署,碳化硅基氮化鎵有望在不久的將來取代硅基LDMOS在射頻市場的主導地位。據(jù)Yole預計,到2026年,GaN射頻市場將達到24億美元,2020-2026年復合年增長率為18%。其中,碳化硅基氮化鎵射頻市場預計達到22億美元以上,預測期內(nèi)復合年增長率為17%。


作為一個主要挑戰(zhàn)者,硅基氮化鎵商用仍在起步階段,有望提供經(jīng)濟高效和可擴展的解決方案。盡管截至2021年第二季度其市場容量很小,但硅基氮化鎵PA(功率放大器)憑借大帶寬和小尺寸吸引了智能手機OEM。隨著創(chuàng)新廠商的重大技術(shù)進步,一些低于6GHz的5G手機型號很可能很快采用,無疑將是硅基氮化鎵的一個里程碑。


兩條技術(shù)路線,誰能在5G時代勝出


碳化硅基氮化鎵結(jié)合了碳化硅優(yōu)異的導熱性和氮化鎵高功率密度和低損耗能力,襯底上的器件可在高電壓和高漏極電流下運行,結(jié)溫將隨RF功率緩慢升高,RF性能更好,但價格明顯高于硅基氮化鎵。


硅基氮化鎵生長速度較快,較容易擴展到8英寸晶圓;受限于襯底,目前仍是4英寸和6英寸晶圓,8英寸還沒有商用。




碳化硅基氮化鎵引領(lǐng)商用


目前業(yè)界超過95%商用RF GaN器件在采用碳化硅基氮化鎵工藝。在RF應用方面,Cree(Wolfspeed)實力最強,Cree在RF領(lǐng)域主要走碳化硅基氮化鎵路線,2019年5月,它在美國北卡羅萊納州擴建了一座先進自動化8英寸碳化硅晶圓工廠及一座材料超級工廠,以此提升其碳化硅晶圓尺寸和市占率,并將碳化硅基氮化鎵先進磊晶(Epitaxial)技術(shù)進一步應用于功率及RF元件。


硅基氮化鎵的后來之勢


英特爾和MACOM是目前最活躍的RF GaN專利申請者,主要聚焦硅基氮化鎵技術(shù)路線。


2018年,MACOM和意法半導體(ST)合作將硅基氮化鎵引入主流RF市場和應用,ST6英寸平臺的制造規(guī)模、供應安全性和波涌產(chǎn)能與MACOM硅基氮化鎵RF功率產(chǎn)品組合可滿足主流消費、汽車和無線基站項目需求。MACOM在ST制造的硅晶圓上開發(fā)GaN器件,硅基氮化鎵的預期突破性成本結(jié)構(gòu)和功率密度將使4G/LTE和大規(guī)模MIMO5G天線成為可能。合作提高了硅基氮化鎵產(chǎn)能,通過擴大晶圓供應支持5G無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè),實現(xiàn)硅基氮化鎵的成本優(yōu)勢、規(guī)模經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)化,滿足全球5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求。在擴大MACOM貨源的同時,ST也可以在手機、無線基站和相關(guān)商業(yè)電信基礎(chǔ)設(shè)施應用以外的RF市場制造和銷售自己的硅基氮化鎵產(chǎn)品。


不管是碳化硅基氮化鎵,還是硅基氮化鎵,整個行業(yè)都在加速從4英寸到6英寸,甚至8英寸的演變,率先發(fā)生的應該是比較成熟和已經(jīng)大規(guī)模商用的碳化硅基氮化鎵技術(shù)。此外,頭部企業(yè)也在探索金剛石基氮化鎵器件技術(shù)。


參考來源:

[1]立厷.RF應用:碳化硅基PK硅基氮化鎵

[2]高規(guī)格的痛苦面具,GaN-On-SiC的未來.集微網(wǎng)

[3]碳化硅基PK硅基氮化鎵:誰是半導體應用的贏家?.維科網(wǎng)


(中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川)

注:圖片非商業(yè)用途,存在侵權(quán)告知刪除


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作者:山川

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