中國(guó)粉體網(wǎng)訊 由于氮化鎵半導(dǎo)體在低功耗、小尺寸等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在功率器件市場(chǎng)大受歡迎。無(wú)論是在功率，還是RF應(yīng)用領(lǐng)域，它都代表著高功率和高性能應(yīng)用場(chǎng)景的未來(lái)，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(yīng)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(dǎo)體技術(shù)發(fā)展注入了新的活力。到2026年，RF GaN器件市場(chǎng)預(yù)計(jì)將超過(guò)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(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)出現(xiàn)。
碳化硅基氮化鎵主導(dǎo)，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(kāi)始的，它在20多年前即已推出，現(xiàn)已成為RF功率應(yīng)用方面LDMOS和GaAs的有力競(jìng)爭(zhēng)者。除了軍用雷達(dá)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(lái)取代硅基LDMOS在射頻市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。據(jù)Yole預(yù)計(jì)，到2026年，GaN射頻市場(chǎng)將達(dá)到24億美元，2020-2026年復(fù)合年增長(zhǎng)率為18%。其中，碳化硅基氮化鎵射頻市場(chǎng)預(yù)計(jì)達(dá)到22億美元以上，預(yù)測(cè)期內(nèi)復(fù)合年增長(zhǎng)率為17%。
作為一個(gè)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(jì)高效和可擴(kuò)展的解決方案。盡管截至2021年第二季度其市場(chǎng)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(jī)OEM。隨著創(chuàng)新廠商的重大技術(shù)進(jìn)步，一些低于6GHz的5G手機(jī)型號(hào)很可能很快采用，無(wú)疑將是硅基氮化鎵的一個(gè)里程碑。
兩條技術(shù)路線，誰(shuí)能在5G時(shí)代勝出
碳化硅基氮化鎵結(jié)合了碳化硅優(yōu)異的導(dǎo)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(yùn)行，結(jié)溫將隨RF功率緩慢升高，RF性能更好，但價(jià)格明顯高于硅基氮化鎵。
硅基氮化鎵生長(zhǎng)速度較快，較容易擴(kuò)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(méi)有商用。
碳化硅基氮化鎵引領(lǐng)商用
目前業(yè)界超過(guò)95％商用RF GaN器件在采用碳化硅基氮化鎵工藝。在RF應(yīng)用方面，Cree（Wolfspeed）實(shí)力最強(qiáng)，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(guó)北卡羅萊納州擴(kuò)建了一座先進(jìn)自動(dòng)化8英寸碳化硅晶圓工廠及一座材料超級(jí)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(jìn)磊晶（Epitaxial）技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用于功率及RF元件。
硅基氮化鎵的后來(lái)之勢(shì)
英特爾和MACOM是目前最活躍的RF GaN專(zhuān)利申請(qǐng)者，主要聚焦硅基氮化鎵技術(shù)路線。
2018年，MACOM和意法半導(dǎo)體（ST）合作將硅基氮化鎵引入主流RF市場(chǎng)和應(yīng)用，ST6英寸平臺(tái)的制造規(guī)模、供應(yīng)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(mǎn)足主流消費(fèi)、汽車(chē)和無(wú)線基站項(xiàng)目需求。MACOM在ST制造的硅晶圓上開(kāi)發(fā)GaN器件，硅基氮化鎵的預(yù)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(guò)擴(kuò)大晶圓供應(yīng)支持5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)硅基氮化鎵的成本優(yōu)勢(shì)、規(guī)模經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)化，滿(mǎn)足全球5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求。在擴(kuò)大MACOM貨源的同時(shí)，ST也可以在手機(jī)、無(wú)線基站和相關(guān)商業(yè)電信基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用以外的RF市場(chǎng)制造和銷(xiāo)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(gè)行業(yè)都在加速?gòu)?英寸到6英寸，甚至8英寸的演變，率先發(fā)生的應(yīng)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(lái)源：
[1]立厷.RF應(yīng)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(lái).集微網(wǎng)
[3]碳化硅基PK硅基氮化鎵：誰(shuí)是半導(dǎo)體應(yīng)用的贏家？.維科網(wǎng)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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