第三代半導(dǎo)體潮起，我國GaN射頻市場(chǎng)迎何機(jī)遇？

第三代半導(dǎo)體材料具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場(chǎng)、更高的熱導(dǎo)率、更大的電子飽和速度以及更高的抗輻射能力，更適合制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。GaN 是一種 III/V 直接帶隙半導(dǎo)體，通常用于微波射頻、電力電子和光電子三大領(lǐng)域。具體而言，微波射頻方向包含了 5G 通信、雷達(dá)預(yù)警、衛(wèi)星通訊等應(yīng)用;電力電子方向包括了智能電網(wǎng)、高速軌道交通、新能源汽 車、消費(fèi)電子等應(yīng)用;光電子方向包括了 LED、激光器、光電探測(cè)器等應(yīng)用。

射頻：5G 基站、雷達(dá)——GaN 射頻器件大有可為

自20年前出現(xiàn)首批商業(yè)產(chǎn)品以來，GaN 已成為射頻功率應(yīng)用中 LDMOS 和 GaAs 的重要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，其性能和可靠性不斷提高且成本不斷降低。第一批 GaN-on-SiC 和 GaN-on-Si 器件幾乎同時(shí)出現(xiàn)，但 GaN-on-SiC 技術(shù)更加成熟。目前在射頻 GaN 市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位的 GaN-on-SiC 突破了 4G LTE 無線基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)，并有望在5G的Sub-6GHz實(shí)施方案的 RRH(Remote Radio Head)中進(jìn)行部署。

在常用半導(dǎo)體工藝中，CMOS 低功耗、高集成度、低成本等優(yōu)勢(shì)顯著。SiGe 工藝兼容性優(yōu)勢(shì)突出，幾乎能 與硅半導(dǎo)體超大規(guī)模集成電路行業(yè)中的所有新工藝技術(shù)兼容。GaAs 在高功率傳輸領(lǐng)域具有優(yōu)異的物理性能。GaN 在高溫、高頻、大功率射頻組件應(yīng)用獨(dú)具優(yōu)勢(shì)?；诠暮统杀镜纫蛩?，消費(fèi)終端產(chǎn)品明顯更多采用CMOS 技術(shù);CPE 采用 CMOS 和 SiGe BiCMOS;低功耗接入點(diǎn)則采用CMOS、SiGe BiCMOS和GaAs;而高功率基站領(lǐng)域則是GaAs和GaN的天下。

GaN 非常適合毫米波領(lǐng)域所需的高頻和寬帶寬，可滿足性能和小尺寸要求。使用 mmWave 頻段的應(yīng)用將 需要高度定向的波束成形技術(shù)，這意味著射頻子系統(tǒng)將需要大量有源元件來驅(qū)動(dòng)相對(duì)緊湊的孔徑。GaN 非常適合這些應(yīng)用，因?yàn)樾〕叽绶庋b的強(qiáng)大性能是 GaN 最顯著的特征之一。

在高功率放大器方面，LDMOS 技術(shù)由于其低頻限制只在高射頻功率方面取得了很小進(jìn)展。GaAs 技術(shù)能夠 在 100GHz 以上工作，但其低導(dǎo)熱率和工作電壓限制了其輸出功率水平。50V GaN/SiC 技術(shù)在高頻下可提供數(shù)百瓦的輸出功率，并能提供雷達(dá)系統(tǒng)所需的堅(jiān)固性和可靠性。HV GaN/SiC 能夠?qū)崿F(xiàn)更高的功率，同時(shí)可顯著降低射頻功率晶體管的數(shù)量、系統(tǒng)復(fù)雜性和總成本。

射頻：射頻氮化鎵市場(chǎng)快速增長(zhǎng)

RF GaN市場(chǎng)在過去幾年中經(jīng)歷了令人矚目的增長(zhǎng)，并已經(jīng)改變了RF功率行業(yè)。大多數(shù)Sub 6GHz 的蜂窩網(wǎng)絡(luò)都將采用氮化鎵器件，因?yàn)?LDMOS 無法承受如此之高的頻率，而砷化鎵對(duì)于高功率應(yīng)用又非理想之選。同時(shí)，由于較高的頻率會(huì)降低每個(gè)基站的覆蓋范圍，需要安裝更多的晶體管，因此市場(chǎng)規(guī)模將迅速擴(kuò)大。GaN器件收入目前占整個(gè)市場(chǎng)20%左右，到2025年預(yù)計(jì)將占到50%以上。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2017年RF GaN市場(chǎng)規(guī)模約3.8億美元，預(yù)計(jì)2023年達(dá)13億美元，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)闊o線基礎(chǔ)設(shè)施、國防軍工、有線電視系統(tǒng)等。

隨著新的基于 GaN 的有源電子掃描陣列(AESA)雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)施，基于 GaN 的軍用雷達(dá)預(yù)計(jì)將主導(dǎo) GaN軍事市場(chǎng)，從 2018 年的 2.7 億美元增長(zhǎng)至 2024 年的 9.77 億美元，CAGR 達(dá) 23.91%，具有很大的增長(zhǎng)潛力。GaN 無線基礎(chǔ)設(shè)施的市場(chǎng)規(guī)模將從 2018 年的 3.04 億美元增長(zhǎng)至 2024 年的 7.52 億美元，CAGR 達(dá) 16.3%。GaN有線寬帶市場(chǎng)規(guī)模從 2018 年的 1,550 萬美元增長(zhǎng)至 2024 年的 6,500 萬美元，CAGR 達(dá) 26.99%。GaN 射頻功率市場(chǎng)規(guī)模從 2018 年的 200 萬美元增長(zhǎng)至 2024 年的 10,460 萬美元，CAGR 達(dá) 93.38%，具有很大的成長(zhǎng)空間。