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半导体

一文看懂第三代半导体氮化镓GaN在射频的应用

作者 li, meiyong

2 月 8, 2022
上月中旬，中瓷电子（003031）发布公告称，拟购买中电科技十三所氮化镓通信基站射频芯片业务等，一时间第三代半导体氮化镓GaN在射频领域的话题再度被点燃。
GaN是极为稳定的化合物，又是坚硬和熔点高的材料，其熔点为高达1700℃。同时，GaN有较高的电子密度和电子速度，其高电离度，也是在三五族化合物中最高的，因此受到高频、高功率类别电子产品的青睐。

一文看懂第三代半导体氮化镓GaN在射频的应用

资料来源:Qorvo
 
GaN目前主要的应用就在微波射频、电力两大领域。微波射频具体而言，包含5G通讯、雷达预警、卫星通讯等应用；电力则包含智慧电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费电子等。

高稳定、高频率、低功耗、小尺寸特性适合5G市场

 

一文看懂第三代半导体氮化镓GaN在射频的应用

GaN在5G应用 Qorvo
 
在稳定性与耐高温、耐高压之外，GaN同样拥有良好的导电性、导热性，因此在技术容许之后，能够有效减少尺寸，进而缩小GaN相关产品的大小。另外，相较于硅基元件，GaN拥有更高的电子密度和电子速度，元件的切换速度是硅基元件的10倍以上，这让GaN格外适合高频率、高效率的电子产品。
 
GaN适合电压40V至1200V的应用产品，尤其是汽车、工业、电信、特定的消费电子产品所需要的100V至600V电压范围，GaN正好能够发挥最大的优势。正因为如此，当5G追求高速度、低延迟，以及小型基地站时，拥有一定发展基础的GaN取代了第二代半导体GaAs，成为新的趋势。此外，GaN的射频零组件具有小尺寸的特点，能有效在5G世代中节省PCB的空间，特别是手机内部空间上，且能达到良好的功耗控制。
Yole预估2018-2024年增长率21%

一文看懂第三代半导体氮化镓GaN在射频的应用

资料来源:Yole
 
在5G产品中，GaN主要应用在Sub-6GHz基地台和毫米波(24GHz以上)的小基地站。Yole预估GaN射频市场将从2018年的6.45亿美元成长2024年的20亿美元，CAGR达21%，这主要受电信基础设施及国防两大领域所推动，而卫星通信、有线宽频和射频也有一定的贡献。

一文看懂第三代半导体氮化镓GaN在射频的应用

Qorvo 2.5-5GHz GaN RF Transistor
 
在要求高频高功率输出的卫星通讯中，市场预估GaN将逐渐取代GaAs成为新的解决方案。而在有线电视和民用雷达市场与LDMOS或GaAs材料相比，GaN的成本仍高，短期内大量取代的情况不易见。在GaN射频领域主要由美、日两国企业主导，其中，以美商Wolfspeed居首，住友电工、东芝、富士通等日商紧追在后，国内厂商如三安光电、海特高新、华进创威在此领域有涉足，但与国际大厂等相比技术差距大。
氮化镓(GaN)技术不断发展，通过不断提高的功率密度、可靠性和缩小尺寸的增益，突破了可能的极限。GaN不再是仅用于国防/航空航天应用的技术，它在更复杂的应用中实现越来越高的频率，例如相控阵、雷达、5G基站收发器、有线电视(CATV)、VSAT和国防通信。

原文始发于微信公众号（艾邦陶瓷展）： 一文看懂第三代半导体氮化镓GaN在射频的应用

作者 li, meiyong

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