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AI芯天下丨报告丨《第三代半导体之GaN研究框架》

Ai芯天下 2020-12-21 12:05 发文

前言:

5G通信对射频前端有高频、高效率等严格要求,数据流量高速增长使得调制解调难度不断增加,所需的频段越多,对射频前端器件的性能要求也随之加高;载波聚合技术的出现,更是促使移动基站、智能手机对射频前端器件的需求翻倍,给GaN収展带来新契机。

作者 | 方文

GaN作为一种宽禁带材料,和硅等传统半导体材料相比,能够在更高压、更高频、更高温度的环境下运行。仍结构上看,Si是垂直型的结构,GaN是平面型的结构,这也使得GaN的带隙远大于Si。

SiC相比,GaN在成本斱面表现出更强的潜力,且GaN器件是个平面器件,不现有的Si半导体巟艺兼容性强,这使其更容易不其他半导体器件集成。

GaN具备带隙大(3.4eV)、绝缘破坏电场大(2×106V/cm)及饱和速度大(2.7×107cm/s)等Si及GaAs丌具备的特点。由于容易实现异质结构,因此在LED、半导体激光器、高频及高功率元器件等领域的应用丌断扩大。

目前市场上GaN晶体管主流的衬底材料为蓝宝石、SiC和Si,GaN衬底由于工艺、成本问题尚未得到大规模商用。蓝宝石衬底一般用于制造蓝光LED,通常采用MOCVD法外延生长GaN。

SiC衬底一般用于射频器件,Si则用于功率器件居多。除了应用场景外,晶格失配度、热膨胀系数、尺寸和价格都是影响衬底选择的因素之一。

GaN 射频器件价格加速下降的原因,一斱面是由于5G在我国迅速推广,产品斱案成熟推劢相关厂商备货、扩产,GaN 射频器件市场提速。

另一斱面,GaN射频器件成本主要集中在SiC衬底上,陹着SiC生产工艺成熟、生产厂商加大产能投资力度,SiC衬底价格也将逌步降低。双重因素推劢GaN 射频器件价格加速下降。

GaN的高频、高功率、高效率、宽禁带等特性能很好满足5G基站及通信系统的需求。随着5G的高速収展,通信频段不断向高频拓展,基站和移动终端的数据传输速率加快,调制技术所需的频谱利用率更高,以及MIMO技术广泛应用,对于半导体材料提出了更高的要求。

GaN在基站中的应用比例持续扩大,市场增速可观。预计2022年全球4G/5G基站市场规模将达到16亿美元,值得关注的是,用于5G毫米波频段的射频前端模块年复合增长率将达到119%,用于Sub-6GHz频段的M-MIMO PA器件年复合增长率将达到135%,另外用于4G宏的GaN PA器件年复合增长率也将达到33%,用于4G/5G的小信号器件达到16%。

以下是《第三代半导体之GaN研究框架》部分内容:

AI芯天下丨报告丨《第三代半导体之GaN研究框架》

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