5G催生第三代半導體材料,GaN將脫穎而出
發布時間:2018-11-07
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  相較目前主流的硅晶圓(Si),第三代快速时时彩是官方彩吗材料SiC與GaN(氮化鎵)具備耐高電壓特色,并有耐高溫與適合在高頻環境下優勢,其可使芯片面積大幅減少,并簡化周邊電路設計,達成減少???、系統周邊零組件及冷卻系統體積目標,GaN應用范圍包括射頻、半導體照明、激光器等領域。
  
  
  現行GaN功率元件以GaN-on-SiC及GaN-on-Si兩種晶圓進行制造,其中GaN-on-SiC強調適合應用在高溫、高頻的操作環境,因此在散熱性能上具優勢,其以5G基地臺應用最多,預期SiC基板未來在5G商用帶動下,具有龐大市場商機。
  
  5G高頻特性,使GaN技術有伸展空間
  
  目前基地臺用功率放大器(Power Amplifier,PA)主要為基于硅的橫向擴散金屬氧化物半導體(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS)技術,不過LDMOS技術僅適用于低頻段,在高頻應用領域存在局限性。
  
  由于LDMOS功率放大器的頻寬會隨著頻率增加而大幅減少,運用于3.5GHz頻段的LDMOS制程已接近限制,性能開始出現下滑,在考慮5G商用頻段朝更高頻段發展下,過去LDMOS將逐漸難以符合性能要求,因此第三代半導體材料GaN技術崛起;由于GaN技術支援更高資料容量之多資料傳輸,同時搭配5G高速網絡,不論在頻寬、性能、容量、成本間可做出最佳成效。
  
  換言之,GaN優勢在于更高功率密度及更高截止頻率(Cutoff Frequency,輸出訊號功率超出或低于傳導頻率時輸出訊號功率的頻率),尤其在5G多輸入多輸出(Massive MIMO)應用中,可實現高整合性解決方案,例如??榛淦登岸嗽?,以毫米波(Millimeter Wave,mmWave)應用為例,GaN高功率密度特性可有效減少收發通道數及尺寸,實現高性能目標,然短期LDMOS會與GaN共存,主要原因在于低頻應用仍會采用LDMOS,例如2GHz以下應用領域。
  
  5G基地臺的功率放大器將以砷化鎵與GaN制程為主
  
  從Qorvo產品應用來看,采用GaN技術將天線陣列功耗降低40%,透過整合式多通道???、3~6GHz及28/39GHz頻段在射頻前端產品的布局,更加強調高性能、低功耗、高整合度、高易用性等目標達成。
  
  其中GaN可達LDMOS原始功率密度4倍,每單位面積功率提高4~6倍,即在相同發射功率規格下,GaN裸片尺寸為LDMOS裸片尺寸的1/6~1/4。由于GaN具有更高功率密度特性,能實現更小元件封裝,滿足Massive MIMO和主動天線單元(Active Antenna Unit,AAU)技術下射頻前端高度整合需求。
  
  目前GaN運用以5G基礎設施(如基地臺)為主,手機較難采用GaN技術,主要挑戰包括:(1)GaN成本高;(2)GaN供電電壓高;較不符合手機需求,不過若未來透過改進GaN射頻元件特性,仍有可能應用于手機,例如加入新的絕緣介質與溝道材料,使其適應低電壓工作環境。無論如何,GaN已成為高頻、大功耗應用技術首選,包括需高功率水平的傳輸訊號或長距離應用,例如基地臺收發器、雷達、衛星通信等。