2019年07月23日 | 射频器件的未来将靠它们支撑

2019-07-23 来源：钜亨网

半导体原料共经历了三个发展阶段：第一阶段是以硅(Si)、锗(Ge) 为代表的第一代半导体原料；第二阶段是以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP ) 等化合物为代表；第三阶段是以氮化镓(GaN)、碳化矽(SiC)、硒化锌(ZnSe) 等宽频半导体原料为主。

第三代半导体原料具有较大的频宽宽度，较高的击穿电压(breakdown voltage)，耐压与耐高温性能良好，因此更适用于制造高频、高温、大功率的射频元件。

从第二代半导体原料开始出现化合物，这些化合物凭借优异性能在半导体领域中取得广泛应用。

如GaAs 在高功率传输领域具有优异的物理性能优势，广泛应用于手机、无线区域网路、光纤通讯、卫星通讯、卫星定位等领域。

GaN 则具有低导通损耗、高电流密度等优势，可显著减少电力损耗和散热负载。可应用于变频器、稳压器、变压器、无线充电等领域。

SiC 因其在高温、高压、高频等条件下的优异性能，在交流- 直流转换器等电源转换装置中得以大量应用。

明日之星- GaN

GaN 是未来最具增长潜力的化合物半导体，与GaAs 和InP 等高频工艺相比，GaN 制成元件输出的功率更大；与LDMOS 和SiC 等功率工艺相比，GaN 的频率特性更好。

大多数Sub 6GHz 的蜂窝网络都将采用GaN 元件，因为LDMOS 无法承受如此高的频率，而GaAs 对于高功率应用又非理想之选。

此外，因为较高的频率会降低每个基站的覆盖范围，所以需要安装更多的电晶体，进而带动GaN 市场规模将迅速扩大。

GaN 元件产值目前占整个市场20% 左右，Yole 预估到2025 年比重将提升至50% 以上。

(资料来源: yole；图: 西南证券) 不同材料的市场比重分布

GaN HEMT 已经成为未来大型基站功率放大器的候选技术。目前预估全球每年新建约150 万座基地台，未来5G 网络还将补充覆盖区域更小、分布更加密集的微型基地台，这将刺激GaN 元件的需求。

此外，国防市场在过去几十年里一直是GaN 开发的主要驱动力，目前已用于新一代空中和地面雷达。

(资料来源: Qorvo；图: 西南证券)

而在GaN 射频元件领域中，龙头厂包括日本住友电工、美国科锐和Qorvo、韩国RFHIC 等。GaN 代工厂则有稳懋(3105.TW)、三安光电等。

GaAs 作为最成熟的化合物半导体之一，是智慧手机零组件中，功率放大器(PA) 的基石。

根据Strategy Analytics数据显示， 2018年全球GaAs元件市场（含IDM厂元件产值）总产值约为88.7亿美元，创历史新高，且市场集中度高，前四大厂商比重达73.4%，分别为Skyworks( 32.3%)、Qorvo(26%)、Broadcom(9.1%)、稳懋(6%)。

(资料来源: Strategy Analytics；钜亨网制图)

至于GaAs晶圆代工市场方面，2018年规模为7.5亿美元，其中稳懋市占率高达71.1%，为全球第一大GaAs晶圆代工厂。

(资料来源: Strategy Analytics；钜亨网制图)

由于GaAs 具有载波聚合和多输入多输出技术所需的高功率和高线性度，GaAs 仍将是6 GHz 以下频段的主流技术。除此之外，GaAs 在汽车电子、军事领域方面也有一定的应用。

总结上述这些III-V 族化合物半导体元件具有优异的高频特性，长期以来被视为太空科技中无线领域应用首选。

随着商业上宽频无线通讯及光通讯的爆炸性需求，化合物半导体制程技术更广泛的被应用在高频、高功率、低杂讯的无线产品及光电元件中。同时也从掌上型无线通讯，扩散至物联网趋势下的5G 基础建设和光通讯的技术开发领域。

射频器件 GaN GaAs