解读射频GaN市场的机遇及未来发展
今年的GaN(氮化镓)器件市场异常活跃,GaN逐渐成为主流,开始渗透一些批量需求的商业市场。
GaN已经在大部分高功率军事应用中站稳了脚跟,并且还抓住了有线电视、移动基础设施的部分市场。虽然LDMOS(横向扩散MOS晶体管)目前仍占据基础设施和工业市场的绝大部分份额,但这种情况可能很快就会改变,因为GaN性能与LDMOS基本相当甚至更胜一筹。也许LDMOS现在的唯一优势就是价格了,但这一优势也逐渐不保:Qorvo公司最近宣布将重心转移到6英寸SiC(碳化硅)基GaN上;MACOM公司也宣布将尝试在成本较低的CMOS(Complementary Metal Oxide Silicon 互补型金属氧化物半导体)生产线上生产8英寸Si(硅)基GaN。这些举动都有利于提高GaN的成本竞争优势。
此外,GaN在高功率应用市场上还在挑战GaAs(砷化镓)的地位,并且在大部分面向未来的军事应用中已经取代了GaAs,这些军事应用最重要的性能指标就是功率。
图1 GaN晶圆
一、市场机遇
GaN现在和GaAs器件的发展类似,期望GaN的市场能够成熟起来,让其可做的器件变得多起来,特别是在高功率市场方面。随着技术的更新换代和成本的降低,预测GaN将会为功率放大器提供最好的价值功能,找到最优的平衡。现在在军民融合的大潮下,性能的要求更加凸显:
发射功率
效率
线性度
频率
带宽
工作温度
……
GaN在这些性能上表现得比GaAs和Si更好。例如,在军事器件中,GaN改善了尺寸、重量和功率(SWaP),并且将继续融入这些系统中。
多数GaN供应商将基站和卫星市场视为短期内的主要的增长方向。至于毫米波,5G也是一个巨大的机遇,目前GaN在宽频带、高频器件上表现良好。在射频能源市场GaN也适应得较好,制造厂商关注的航天以及防务市场在快速增长,这包括宽禁带,高功率放大器电子战、相控阵雷达和广泛的毫米波应用。
二、代工厂情况
北美有多家GaN的代工厂(包括在加拿大的一家),欧洲有两家,还有被称作是最大的不受管制类化合物半导体制造厂家:台湾的稳懋半导体(WIN Semiconductors)。尽管日本的射频GaN市场份额占有率高,我们也没发现有任何日本的公司提供代工服务,其中包括最大的GaN制造厂商之一的住友商事(Sumitomo)。
中国成都的海威华芯(HiWafer)半导体公司和厦门的三安集成电路公司(San’an Integrated Circuit)提供化合物半导体的代工服务,而且这两家公司都对外宣布说他们的6英寸GaN生产线已投产或正在建设。
图2 三安光电
在美国,多数顾客选择Wolfspeed(Cree 旗下公司,被德国英飞凌公司收购),然而很多欧洲的企业,特别是在做航空和防务领域的企业,通常都会选择UMS(United Monolithic Semiconductors)公司或者OMMIC公司。
有几家公司跟这些代工厂存在战略合作伙伴关系,说白了就是将渠道独享,不分享给其他的公司。举个例子来说,GCS公司其总部在加利福尼亚州的托伦斯,但这家公司拒不提供关于我们做的这项调查的任何信息,这就是典型的受ITAR(国际武器贸易条例)控制的公司,也就是说,他们确实为一些公司提供射频GaN的制造服务。还有多家受管制类射频GaN制造商,像雷声(Raytheon),MACOM和Qorvo。
对应的还有一些相对独立的制造商:RFMD和TriQuint提供GaN制造代工服务,不过自从他们合并成为了Qorvo,从反馈的结果来看,他们仅仅为一些"战略上"的顾客服务。
三、衬底相关信息
多数射频GaN器件的衬底都是SiC,因为SiC和GaN的晶格匹配度非常不错,而且SiC还有GaN需要的高热导率的性能。
因为GaN器件相对于其他的一些器件来说,其功率密度很高。要把产生的热量快速导出不是一件容易的事情,所以衬底和外面封装的材料同样至关重要。但MACOM公司决定逆潮流而上,他们对抗国际整流器公司(该公司同样被德国英飞凌公司收购)的原始专利,这一专利就是Si衬底上生长GaN(MACOM收购了Nitronex,从Nitronex那儿得到的)。Si衬底,有更低的价格,但同时热导率也比SiC低。不过,MACOM公司有解决方法:其公布了一组数据,数据显示如果设计恰当,在应用上,Si基GaN的性能是可以和SiC基GaN性能一样可靠的。
Si基GaN拥有的优势在于:可以在标准工艺上处理更大的晶圆,并且其CMOS生产线成本低廉。不过MACOM公司并不提供代工服务,他们与GCS公司合作生产Si基GaN器件,但这一工艺并不开放给其他公司。
另一家公司,OMMIC公司是我们发现的除MACON公司外也能够生产Si基GaN的公司,但我们并没有发现OMMIC公司提供类似代工厂的Si基GaN生产服务。
所有的相关制造厂商都在关注3、
- 浅析4G智能时代的射频技术(01-06)
- Qorvo技术问答丨关于GaN应用选型中的几个常见问题解答(05-20)
- 最新功率GaN波形实时监视(10-28)
- Qorvo——GaN 成功的十大秘诀(11-26)
- 应用GaN技术克服无线基础设施容量挑战(01-04)
- 氮化镓“钱”景可期 TI芯片样本抢先推出(05-20)