射频氮化镓(GaN)技术正在走向主流应用

器等）。用于放大输入信号的功率放大器通常采用砷化镓工艺。射频开关用于选择从功放到天线的信号路径，通常采用RF SOI工艺。

在2G和3G时代，手机射频前端都比较简单，2G有四个波段，3G有5个波段。但4G出现以后，射频前端变得非常复杂，全球4G波段超过40个，而全球销售的手机射频模组必须支持这些4G标准。

"标准还在向前发展，特别是载波聚合技术引入以后。这些标准推广开以后，要满足标准的要求就给技术上提出了更多的挑战。"GlobalFoundries的Rabbeni说道，" 看一下（手机的）整体架构，在天线和射频SoC之间增加了越来越多的元器件，这将影响到射频性能，例如插入损耗和线性度。所以我们一直被客户督促着提供更好性能的射频工艺，特别是低噪声放大器、功率放大器和开关。"

一个例子是现在的智能手机开始采用多模多频功率放大器。一部智能手机可能只需要采用两颗（或许还要多些）功率放大器就能够支持全球4G制式。

虽然有不足，但智能手机厂商还是倾向于使用传统砷化镓工艺制造的功率放大器。"砷化镓成本低，性能也够用。"Strategy Analytics的Higham说道。

既然现在手机在射频方面已经遇到了困难，为什么不用射频氮化镓工艺制造的功率放大器呢？"氮化镓器件天生适用于高压（大于10V）应用，虽然氮化镓的高功率密度有可能减小功放的芯片面积。"台湾Wavetek销售市场高级经理Domingo Huang说道，台湾Wavetek是联电旗下的一个专门从事砷化镓代工的子公司。

"但现在手机使用的电压范围是3至5V，在这种电压下，氮化镓的性能要打很大折扣，"Huang说道，"氮化镓的高成本是阻止其进入消费电子领域的另一个障碍。如果将来智能手机的前端可以采用更高的电压供电，那么氮化镓技术或许是一个很好的备选项，当然，首先要解决的是成本太高的问题。"

如上所述，氮化镓功放适合3GHz以上的应用。4G后面的5G技术将会使传输速率达到10Gbps，是目前4G速度的100倍，所以5G手机里面氮化镓技术应该能有一席之地。

预计2020年5G开始大规模商用部署，到时候5G不但兼容4G网络，还会使用非授权或毫米波波段。毫米波指频率为30GHz到300GHz的电磁波（译者注：波长为10毫米到1毫米，不过现在美日韩等国试验的28GHz频段也被归为毫米波）。

"4G手机里面的射频器件主要是砷化镓和SOI，"Qorvo的Tomar说道，"5G时代，砷化镓和SOI器件还会需要，同时也会采用氮化镓器件，尤其是在高频段。"

不过，射频氮化镓要进入5G手机还需要克服现有的一些难点。根据Qorvo的博客，氮化镓技术进入手机的困难主要在于以下三点：

手机应用需要氮化镓器件工作在低电压环境 必须设计新封装形式以满足散热要求 成本太高

同时，砷化镓与其他三五价工艺也在开发高频应用技术，如果成功的话，有可能会让氮化镓维持在小众市场。

为了推进氮化镓工艺，业界或许要重新考虑氮化镓工艺的整体架构。"现在氮化镓并不是最适合手机射频功放的技术，"Qorvo的Jimenez说道，"一种可能是改变氮化镓的结构。氮化镓采用的是场效应管（FET）结构，而手机功放则是用异质双结型晶体管（HBT）结构，HBT结构的效率和线性度更好。"

射频氮化镓器件可以考虑垂直结构，或者加入新的沟道材料和绝缘介质，以使其适应低电压的工作环境。

另外，氮化镓工艺必须缩小工艺尺寸。现在氮化镓工艺尺寸正在从0.25微米至0.5微米向0.15微米转换，一些领导厂商甚至在尝试60纳米。

只有时间才能检验射频氮化镓工艺能否适合手机应用，不过射频氮化镓工艺已经在改变整个格局。

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