第三代半導(dǎo)體潮起，我國GaN射頻市場迎何機遇？

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、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、消費電子等應(yīng)用;光電子方向包括了 LED、激光器、光電探測器等應(yīng)用。

射頻：5G 基站、雷達——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 的重要競爭對手，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 器件幾乎同時出現(xiàn)，但 GaN-on-SiC 技術(shù)更加成熟。目前在射頻 GaN 市場上占主導(dǎo)地位的 GaN-on-SiC 突破了 4G LTE 無線基礎(chǔ)設(shè)施市場，并有望在5G的Sub-6GHz實施方案的 RRH(Remote Radio Head)中進行部署。

在常用半導(dǎo)體工藝中，CMOS 低功耗、高集成度、低成本等優(yōu)勢顯著。SiGe 工藝兼容性優(yōu)勢突出，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)用獨具優(yōu)勢?；诠暮统杀镜纫蛩?，消費終端產(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)動相對緊湊的孔徑。GaN 非常適合這些應(yīng)用，因為小尺寸封裝的強大性能是 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，并能提供雷達系統(tǒng)所需的堅固性和可靠性。HV GaN/SiC 能夠?qū)崿F(xiàn)更高的功率，同時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：射頻氮化鎵市場快速增長

RF GaN市場在過去幾年中經(jīng)歷了令人矚目的增長，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，因為 LDMOS 無法承受如此之高的頻率，而砷化鎵對于高功率應(yīng)用又非理想之選。同時，由于較高的頻率會降低每個基站的覆蓋范圍，需要安裝更多的晶體管，因此市場規(guī)模將迅速擴大。GaN器件收入目前占整個市場20%左右，到2025年預(yù)計將占到50%以上。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2017年RF GaN市場規(guī)模約3.8億美元，預(yù)計2023年達13億美元，主要應(yīng)用領(lǐng)域為無線基礎(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)雷達系統(tǒng)的實施，基于 GaN 的軍用雷達預(yù)計將主導(dǎo) GaN軍事市場，從 2018 年的 2.7 億美元增長至 2024 年的 9.77 億美元，CAGR 達 23.91%，具有很大的增長潛力。GaN 無線基礎(chǔ)設(shè)施的市場規(guī)模將從 2018 年的 3.04 億美元增長至 2024 年的 7.52 億美元，CAGR 達 16.3%。GaN有線寬帶市場規(guī)模從 2018 年的 1,550 萬美元增長至 2024 年的 6,500 萬美元，CAGR 達 26.99%。GaN 射頻功率市場規(guī)模從 2018 年的 200 萬美元增長至 2024 年的 10,460 萬美元，CAGR 達 93.38%，具有很大的成長空間。