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2019年10月24日 | 射频领域未来的明星材料有哪些？
2019-10-24 来源：EEWORLD
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)、碳化硅 (SiC)、硒化锌 (ZnSe) 等宽带半导体原料为主。
第三代半导体原料具有较大的带宽宽度，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、大功率的射频组件。
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、无线局域网络、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，可显着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 制成组件输出的功率更大；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 组件，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地台的覆盖范围，所以需要安装更多的晶体管，进而带动 GaN 市场规模将迅速扩大。
GaN 组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。
（数据源：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地台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 组件的需求。
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。
（数据源：Qorvo；图：西南证券）
手机中基石 -GaAs
GaAs 作为最成熟的化合物半导体之一，是智能手机零组件中，功率放大器 (PA) 的基石。
根据 StrategyAnalytics 数据显示， 2018 年全球 GaAs 组件市场（含 IDM 厂组件产值）总产值约为 88.7 亿美元，创历史新高，且市场集中度高，其中 Qorvo 的市场份额占比为26%。
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 族化合物半导体组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。
随着商业上宽带无线通信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、低噪声的无线产品及光电组件中。同时也从掌上型无线通信，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。作为资深的射频专家，Qorvo在这个领域有深入的研究。
Qorvo 手机事业部高级销售经理 David Zhao 之前在接受媒体采访时指出，5G 对 PA 线性度要求更高，所以耐压高的 GaAs 工艺更受青睐。砷化镓Die 倒装技术，已经被 QRVO 普遍采用。相比于传统的砷化镓 wire bonding 封装，倒装工艺让模块 厚度更薄，一致性更好。通过配合 SOI、CMOS 和 SAW/BAW 的倒装工艺，尺寸更小，功能更 多的SiP射频模组成为可能。
史海拾趣
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