【導(dǎo)讀】氮化鎵（GaN）作為下一代射頻微波器件的重要技術(shù)，在擴(kuò)大市場(chǎng)滲透率時(shí)一直受限于高成本。日前MACOM公司展示的第四代GaN產(chǎn)品采用硅做襯底，同時(shí)還將塑料封裝用于硅基GaN器件上，在降低成本的同時(shí)提高了10%的效率和4倍的功率密度。加速了GaN器件商用的進(jìn)程。
作為高帶隙半導(dǎo)體材料，氮化鎵（GaN）被認(rèn)為是下一代射頻微波器件的重要技術(shù)。但是一直以來(lái)高成本，成為GaN器件擴(kuò)大市場(chǎng)滲透率的障礙?，F(xiàn)在這樣的局面有望得到改觀。日前，MACOM公司向中國(guó)市場(chǎng)展示了其第四代GaN產(chǎn)品，該產(chǎn)品由于采用硅做襯底——以往的GaN通常采用昂貴的SiC做襯底——大大降低了器件的成本。與此同時(shí)，MACOM還將塑料封裝用于硅基GaN器件上，進(jìn)一步拉低了整體的成本，預(yù)計(jì)其成本結(jié)構(gòu)將低于目前市場(chǎng)主流的LDMOS射頻微波器件，而其效率比LDMOS器件要高出10%，功率密度也是LDMOS器件的4倍，成本效益明顯。
MACOM公司射頻和微波業(yè)務(wù)高級(jí)副總裁兼總經(jīng)理Greg Baker分析說(shuō)，目前全球射頻微波器件總市場(chǎng)超過(guò)97億美元，其中高性能射頻與微波器件市場(chǎng)容量超過(guò)30億，這也是硅基GaN器件的目標(biāo)潛在市場(chǎng)。在對(duì)目前射頻與微波器件的各個(gè)細(xì)分市場(chǎng)進(jìn)行分析后，Greg Baker認(rèn)為除了雷達(dá)這個(gè)對(duì)性能敏感的應(yīng)用之外，其他幾個(gè)重要領(lǐng)域都是硅基GaN器件的目標(biāo)市場(chǎng)。簡(jiǎn)言之，MARCOM就是希望用硅基GaN器件去替代現(xiàn)有市場(chǎng)主流的LDMOS和GaAs器件，引領(lǐng)技術(shù)的更新?lián)Q代。Greg Baker坦言，目前在傳統(tǒng)的GaN市場(chǎng)上，MACOM有10%的份額，但是他們的目標(biāo)并不是去搶占現(xiàn)有市場(chǎng)，而是通過(guò)性價(jià)比優(yōu)勢(shì)去快速擴(kuò)大硅基GaN商用范圍，在新增市場(chǎng)中擴(kuò)大自己的領(lǐng)地。
圖1，在諸多領(lǐng)域，硅基GaN器件可替代現(xiàn)有主流的LDMOS和GaAs器件
與LDMOS相比，GaN技術(shù)優(yōu)勢(shì)十分明顯，它具有更高的帶寬、頻率以及功率密度。在0.25微米工藝下GaN器件頻率是LDMOS的4倍；帶寬方面，使用GaN時(shí)帶寬可增加20%，而LDMOS只用3-4%；相較于LDMOS器件 1-2W/mm的功率密度，GaN可達(dá)到6-8W/mm。同時(shí)，在耐用性方面，GaN的優(yōu)勢(shì)同樣明顯，它具有3.4eV的高帶隙，擊穿電壓超過(guò)200V、能夠承受更高的輸入/輸出錯(cuò)配，具有更高的結(jié)溫，平均無(wú)故障工作時(shí)間可達(dá)100萬(wàn)小時(shí)。此外GaN在效率和線性度上也極具優(yōu)勢(shì)。因此，一旦在成本上與LDMOS具有可比性，GaN器件市場(chǎng)的成長(zhǎng)指日可待。
在應(yīng)用領(lǐng)域方面，測(cè)試測(cè)量?jī)x表、雷達(dá)、射頻能量和地面移動(dòng)無(wú)線電是GaN主要的目標(biāo)市場(chǎng)。Greg Baker認(rèn)為，由于具有出色的高頻特性，因此在4.5G和5G移動(dòng)通信方面GaN一定會(huì)成為主流。值得一提的是，在微波能量領(lǐng)域，盡管目前市場(chǎng)不大，但Greg Baker預(yù)測(cè)在2020年會(huì)有顯著增長(zhǎng)。“目前我們的GaN產(chǎn)品已經(jīng)在很多客戶的Design-in項(xiàng)目中，2016年會(huì)是有突破的一年。” Greg Bake說(shuō)。
之所以在硅基GaN器件的制造工藝上取得突破，MACOM前幾年的一系列并購(gòu)活動(dòng)起到了至關(guān)重要的作用，通過(guò)并購(gòu)NITRONEX公司，MARCOM獲得了硅基GaN方面很多核心的技術(shù)和IP。Greg Bake介紹，目前硅基GaN器件的前道工序是在MACOM自己的6寸晶圓廠完成的，良率能夠達(dá)到70-80%，未來(lái)為了適應(yīng)不斷增加的市場(chǎng)需求，可以平穩(wěn)過(guò)渡到8寸生產(chǎn)線，以達(dá)到產(chǎn)能要求。對(duì)于戰(zhàn)略性客戶，MACOM還將提供長(zhǎng)期合同承諾，確?？蛻舻墓?yīng)鏈安全。
此外，在塑料封裝方面，MACOM目前最大的功率可以做到300W，不久將能夠達(dá)到600W，擺脫陶瓷封裝的高成本制約，這也會(huì)為硅基GaN器件的市場(chǎng)拓展提供更大的加速度。
Greg Bake概括道，MACOM硅基GaN技術(shù)的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)高于LDMOS的性能，低于LDMOS的成本，讓GaN器件在高性能射頻微波市場(chǎng)大行其道。
