MACOM：适用于5G的半导体材料硅基氮化镓（GaN）
时间：10-02
整理：3721RD
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射频器件市场前景
5G 提出要覆盖毫米波频段，将可用通信频率提升至 6GHz-300GHz 区间。这些技术场景对射频器件的性能，比如功率、线性度、 工作频率、效率、可靠性等提出了极高的要求。有数据显示，功率放大器（PA）功率附加效率（PAE） 最低要求 60%，而最好的硅基 CMOS 产品仅能做到 57%。由于击穿电压低、衬底绝缘性差、高频损耗大等先天缺陷，实际上在线性度、功率、效率、可靠性等多个方面都无法满足要求。
在基站端，由于对高功率的需求，氮化镓（GaN）因其在耐高温、优异的高频性能以及低导通损耗、高电流密度的物理特性，是目前最有希望的下一代通信基站功率放大器（PA）芯片材料。5G采用高频频谱虽然能提供更高的数据传输速率，但这一频段的电磁波传输距离很短，且容易被障碍物阻挡。这意味着，移动运营商可能需要建设数百万个小型基站，将其部署至每根电线杆、每栋大楼，每户房屋，甚至每个房间，也就意味着基于GaN的功率放大器（PA）芯片需求将出现飞跃增长。
从2G、3G到4G时代，智能手机支持的制式越来越多，射频前端走向集成化已成为必然。因为智能手机对 2G、3G 和 4G 模式的支持，需要的射频器件越来越多，即便集成化仍然很难控制智能手机的成本。这跟功能机时代不同，我们可以将成本做到很低，在全球市场都能够保证低价。但如果到了5G时代，需要的器件越来越多，价格越来越高。
半导体材料硅基氮化镓（GaN）
那么，问题来了，怎么解决高昂的价格?首先，先了解下什么是硅基氮化镓，与硅器件相比，由于氮化镓的晶体具备更强的化学键，因此它可以承受比硅器件高出很多倍的电场而不会崩溃。这意味我们可以把晶体管的各个电端子之间的距离缩短十倍。这样可以实现更低的电阻损耗，以及电子具备更短的转换时间。总的来说，氮化镓器件具备更快速的开关、更低的功率损耗及更低的成本优势。由于氮化镓技术在低功耗、小尺寸等方面具有独特的优势，近年来在功率器件市场大受欢迎。然而，其居高不下的成本使得氮化镓技术的应用受到很多限制。
但是随着硅基氮化镓技术的深入研究，我们逐渐发现了一条完全不同的道路，甚至可以说是颠覆性的半导体技术。这就是硅基氮化镓技术。
2017 电子设计创新大会展台现场演示
在2017年的电子设计创新大会上，MACOM上海无线产品中心设计经理刘鑫表示，硅衬底有一些优势，材料便宜，散热系数好。且MACOM在高性能射频领域负有盛名。MACOM公司氮化镓产品已经是第四代，且极具价格优势和广阔的应用前景。
2017 电子设计创新大会展台现场Demo
关于MACOM
据悉，MACOM是一家高性能模拟射频、微波和光学半导体产品领域的领先供应商，在射频、微波、光电领域均享有很高知名度。同时也是世界领先通信基础设施的首选合作伙伴，借助顶尖团队和丰富的模拟射频、微波、毫米波和光子半导体产品，可帮助这些公司解决网络容量、信号覆盖、能源效率和现场可靠性等领域内的复杂挑战。
MACOM公司的具体产品主要有：射频功率产品、光电子、光子解决方案、光学部件、放大器、二极管、交叉点和信号调理器、SDI产品、频率转换、控制产品、无源器件、HDcctv设备、频率生成、通信处理器。可以应用在无线网络和通信、光网络、射频能量、工业、科学和医疗、有线宽带、广播视频、企业解决方案等多个领域。
5G 提出要覆盖毫米波频段，将可用通信频率提升至 6GHz-300GHz 区间。这些技术场景对射频器件的性能，比如功率、线性度、 工作频率、效率、可靠性等提出了极高的要求。有数据显示，功率放大器（PA）功率附加效率（PAE） 最低要求 60%，而最好的硅基 CMOS 产品仅能做到 57%。由于击穿电压低、衬底绝缘性差、高频损耗大等先天缺陷，实际上在线性度、功率、效率、可靠性等多个方面都无法满足要求。
在基站端，由于对高功率的需求，氮化镓（GaN）因其在耐高温、优异的高频性能以及低导通损耗、高电流密度的物理特性，是目前最有希望的下一代通信基站功率放大器（PA）芯片材料。5G采用高频频谱虽然能提供更高的数据传输速率，但这一频段的电磁波传输距离很短，且容易被障碍物阻挡。这意味着，移动运营商可能需要建设数百万个小型基站，将其部署至每根电线杆、每栋大楼，每户房屋，甚至每个房间，也就意味着基于GaN的功率放大器（PA）芯片需求将出现飞跃增长。
从2G、3G到4G时代，智能手机支持的制式越来越多，射频前端走向集成化已成为必然。因为智能手机对 2G、3G 和 4G 模式的支持，需要的射频器件越来越多，即便集成化仍然很难控制智能手机的成本。这跟功能机时代不同，我们可以将成本做到很低，在全球市场都能够保证低价。但如果到了5G时代，需要的器件越来越多，价格越来越高。
半导体材料硅基氮化镓（GaN）
那么，问题来了，怎么解决高昂的价格?首先，先了解下什么是硅基氮化镓，与硅器件相比，由于氮化镓的晶体具备更强的化学键，因此它可以承受比硅器件高出很多倍的电场而不会崩溃。这意味我们可以把晶体管的各个电端子之间的距离缩短十倍。这样可以实现更低的电阻损耗，以及电子具备更短的转换时间。总的来说，氮化镓器件具备更快速的开关、更低的功率损耗及更低的成本优势。由于氮化镓技术在低功耗、小尺寸等方面具有独特的优势，近年来在功率器件市场大受欢迎。然而，其居高不下的成本使得氮化镓技术的应用受到很多限制。
但是随着硅基氮化镓技术的深入研究，我们逐渐发现了一条完全不同的道路，甚至可以说是颠覆性的半导体技术。这就是硅基氮化镓技术。
2017 电子设计创新大会展台现场演示
在2017年的电子设计创新大会上，MACOM上海无线产品中心设计经理刘鑫表示，硅衬底有一些优势，材料便宜，散热系数好。且MACOM在高性能射频领域负有盛名。MACOM公司氮化镓产品已经是第四代，且极具价格优势和广阔的应用前景。
2017 电子设计创新大会展台现场Demo
关于MACOM
据悉，MACOM是一家高性能模拟射频、微波和光学半导体产品领域的领先供应商，在射频、微波、光电领域均享有很高知名度。同时也是世界领先通信基础设施的首选合作伙伴，借助顶尖团队和丰富的模拟射频、微波、毫米波和光子半导体产品，可帮助这些公司解决网络容量、信号覆盖、能源效率和现场可靠性等领域内的复杂挑战。
MACOM公司的具体产品主要有：射频功率产品、光电子、光子解决方案、光学部件、放大器、二极管、交叉点和信号调理器、SDI产品、频率转换、控制产品、无源器件、HDcctv设备、频率生成、通信处理器。可以应用在无线网络和通信、光网络、射频能量、工业、科学和医疗、有线宽带、广播视频、企业解决方案等多个领域。