GaN射頻器件的案例
智芯研報(bào) | 氮化鎵（GaN）射頻器件市場(chǎng)：2026年預(yù)計(jì)達(dá)到24億美元以上
▲不同應(yīng)用領(lǐng)域主流射頻器件技術(shù)路線演進(jìn)
全球 GaN射頻器件
產(chǎn)業(yè)鏈競(jìng)爭(zhēng)格局
目前，射頻器件的主要市場(chǎng)如下：手機(jī)和通訊模塊市場(chǎng)，約占80%；WIFI路由器市場(chǎng)，約占9%；通訊基站市場(chǎng)，約占9%；NB-IoT市場(chǎng)，約占2%。
▌境外 GaN射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)公司及產(chǎn)品進(jìn)展
GaN 微波射頻器件產(chǎn)品推出速度明顯加快。目前微波射頻領(lǐng)域雖然備受關(guān)注，但是由于技術(shù)水平較高，專利壁壘過(guò)大，因此這個(gè)領(lǐng)域的公司相比較電力電子領(lǐng)域和光電子領(lǐng)域并不算很多，但多數(shù)都具有較強(qiáng)的科研實(shí)力和市場(chǎng)運(yùn)作能力。GaN 微波射頻器件的商業(yè)化供應(yīng)發(fā)展迅速。
Qorvo 產(chǎn)品工作頻率范圍最大，Skyworks 產(chǎn)品工作頻率較小。Qorvo、CREE、MACOM 73%的產(chǎn)品輸出功率集中在 10W～100W 之間，最大功率達(dá)到 1500W（工作頻率在 1.0-1.1GHz，由 Qorvo 生產(chǎn)），采用的技術(shù)主要是 GaN/SiC GaN 路線。
此外，部分企業(yè)提供 GaN 射頻模組產(chǎn)品，目前有 4家企業(yè)對(duì)外提供 GaN 射頻放大器的銷售，其中 Qorvo 產(chǎn)品工作頻率范圍最大，最大工作頻率可達(dá)到 31GHz。Skyworks 產(chǎn)品工作頻率較小，主要集中在 0.05-1.218GHz 之間。
Qorvo 射頻放大器的產(chǎn)品類別最多。
展開(kāi) 關(guān)注 | GaN：高頻性能優(yōu)越，成為 5G 器件關(guān)鍵材料
半導(dǎo)體材料研究熱點(diǎn)，GaN 射頻器件應(yīng)用前景明朗
氮化鎵（GaN）是由氮和鎵組成的一種半導(dǎo)體材料，因?yàn)槠浣麕挾却笥?2.2eV，故被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料。GaN 材料作為微波功率晶體管的優(yōu)良材料與藍(lán)色光發(fā)光器件中的一種具有重要應(yīng)用價(jià)值的半導(dǎo)體，是目前全球半導(dǎo)體研究的前沿和熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料硅相比，由于 GaN 禁帶寬度是硅的 3-4 倍、熱導(dǎo)率是硅的 2 倍，使得 GaN 器件可在 300℃以上的高溫下工作，能夠承載更高的能量密度，可靠性更高；其擊穿場(chǎng)強(qiáng)比硅高 10 倍，使得器件導(dǎo)通電阻減少，有利于提升器件整體的能效；飽和電子遷移速度是硅的 2-4 倍，因此允許器件更高速地工作。GaN 器件在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應(yīng)用方面有著廣闊的前景。
GaN 外延片可分為同質(zhì)外延片與異質(zhì)外延片。在GaN 單晶襯底上生長(zhǎng)的GaN為同質(zhì)外延片，以GaN 單晶材料作為襯底可以大大提高外延膜的晶體質(zhì)量，降低錯(cuò)位密度，提高器件工作壽命。但由于GaN 材料硬度高，熔點(diǎn)高，襯底制作難度高，位錯(cuò)缺陷密度較高導(dǎo)致良率低，技術(shù)進(jìn)步緩慢。
因此GaN 晶圓的成本仍然居高不下，GaN 厚膜襯底的應(yīng)用受到限制。除了同質(zhì)外延片外，GaN 還可以生長(zhǎng)在其他襯底材料上，稱之為異質(zhì)外延片。目前常用的襯底材料包括藍(lán)寶石、SiC、硅與金剛石。其中藍(lán)寶石GaN 只能用來(lái)做LED；硅基GaN（GaN on Si）可以做功率器件和小功率的射頻器件；碳化硅基GaN（GaN on SiC）可以制造大功率LED、功率器件和大功率射頻芯片。
展開(kāi) 曾經(jīng)的LED領(lǐng)頭羊Cree剝離照明業(yè)務(wù)，對(duì)我國(guó)發(fā)展化合物半導(dǎo)體有何啟示？
2015年9月，Cree公司將旗下功率和射頻部門（Power & RF）分拆為獨(dú)立的“Wolfspeed”公司。新成立后的Wolfspeed公司是全球最大的SiC襯底材料供應(yīng)商，是美國(guó)軍用雷達(dá)可靠的GaN射頻器件供應(yīng)商和全球前三大的SiC功率器件企業(yè)。預(yù)計(jì)2019年，Wolfspeed公司的銷售額將達(dá)到5.9億美元，是2015年分拆時(shí)的3.3倍。
圖2 2016-2019財(cái)年Wolfspeed公司營(yíng)業(yè)收入（單位：百萬(wàn)美元）
數(shù)據(jù)來(lái)源：公司財(cái)報(bào)，賽迪智庫(kù)整理和預(yù)測(cè)
二、Cree在化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域的布局策略
（一）以SiC材料為核心延伸價(jià)值鏈
Cree是全球最大的SiC襯底材料供應(yīng)商，2018年，Cree將SiC材料產(chǎn)能增加了一倍，市場(chǎng)份額近60%，并與Infineon和ST兩大汽車電子半導(dǎo)體供應(yīng)商簽訂了多年供貨協(xié)議。在用于制造GaN-on-SiC射頻器件的高純半絕緣SiC襯底市場(chǎng)，Cree的市場(chǎng)份額可達(dá)90%。Cree依托SiC襯底材料領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力，向GaN-on-SiC射頻器件和SiC功率器件領(lǐng)域延伸。2016-2019財(cái)年，GaN射頻器件和SiC功率器件的年均增速分別達(dá)到29%和51%。
（二）通過(guò)并購(gòu)打通通信市場(chǎng)渠道
Cree的GaN射頻器件部門早期主要服務(wù)于美國(guó)軍工，產(chǎn)品曾裝載在“薩德”彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中。隨著移動(dòng)通信基站對(duì)高頻率和高功效的要求進(jìn)一步提高，GaN射頻器件成為基站功率放大器的優(yōu)選解決方案。Cree公司主要通過(guò)為NXP/Freescale、Infineon、RFHIC等基站射頻器件企業(yè)代工的途徑進(jìn)入GaN射頻器件市場(chǎng)，在基站領(lǐng)域的市場(chǎng)份額不及華為的供應(yīng)商日本住友電工公司。
展開(kāi) 智芯研報(bào) | 中國(guó)5G氮化鎵PA產(chǎn)業(yè)及市場(chǎng)分析
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GaN 材料外延
射頻器件主要以GaN-on-SiC為主要技術(shù)路線，主流尺寸是4英寸和6英寸，預(yù)計(jì)到2020年，隨著6英寸SiC襯底價(jià)格不斷下降，6英寸外延將成為重點(diǎn)。此外，基于高阻硅的GaN-on-Si未來(lái)有望在高頻-低功率市場(chǎng)打破GaN-on-SiC在射頻器件的壟斷局面，例如未來(lái)5G將大規(guī)模應(yīng)用的小基站市場(chǎng)，美國(guó)MACOM公司主要采用GaNon-Si技術(shù)制造射頻器件。
GaN射頻外延企業(yè)主要有比利時(shí)的EpiGaN、英國(guó)的IQE、日本的NTT-AT。中國(guó)廠商有蘇州晶湛、蘇州能華和世紀(jì)金光，蘇州晶湛2014年就已研發(fā)出8”硅基外延片，現(xiàn)階段已能批量生產(chǎn)。蘇州能華主要面向太陽(yáng)能發(fā)電、電力傳輸?shù)入娏︻I(lǐng)域。世紀(jì)金光在SiC、GaN領(lǐng)域的粉料、單晶、外延、器件和模塊都有涉及。
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GaN 器件設(shè)計(jì)與制造
GaN射頻器件主要有HEMT和HBT兩大工藝。射頻工藝主要跟柵長(zhǎng)及偏置電壓（Bias）有關(guān)，工藝制程越低，器件頻率越高。0.5μm柵長(zhǎng)和高偏置(40到50V)，主要瞄準(zhǔn)高功率、頻率Sub-8GHz器件；0.25μm柵長(zhǎng)和中偏置(28到30V)，主要瞄準(zhǔn)更高頻率(約18GHz)的器件； 0.15μm-0.1μm柵長(zhǎng)，主要瞄準(zhǔn)毫米波器件(30GHz以上)。現(xiàn)階段GaN射頻器件主流工藝制程正從0.25μm-0.5μm向0.15μm-0.1μm過(guò)渡。Qorvo正在進(jìn)行90nm工藝的研發(fā)，Cree及穩(wěn)懋主要制程工藝在0.25-0.5μm之間。 粉料、單晶、外延、器件和模塊都有涉及。
展開(kāi) 
GaN產(chǎn)業(yè)鏈—射頻通信大顯身手，功率器件或后來(lái)居上
來(lái)源：平安證券
氮化鎵正在改變世界，中國(guó)企業(yè)發(fā)力強(qiáng)勁
圖5 氮化鎵領(lǐng)域國(guó)外企業(yè)代表（來(lái)源：智慧芽整理）
圖6 氮化鎵領(lǐng)域中國(guó)企業(yè)代表（來(lái)源：智慧芽整理）
在這些企業(yè)中，日本住友全球率先量產(chǎn)氮化鎵襯底，是全球氮化鎵射頻器件主要供應(yīng)商，同時(shí)也是華為GaN射頻器件主要供應(yīng)商之一。住友聚焦于襯底和器件方面的研究，其中，器件方面近幾年側(cè)重于氮化鎵FET器件。該公司的氮化鎵襯底單晶生長(zhǎng)技術(shù)側(cè)重HVPE法，重點(diǎn)解決襯底缺陷、尺寸等難題。此外，住友在氮化鎵FET器件上，側(cè)重外延工藝和芯片工藝突破。
美國(guó)Cree依靠其技術(shù)儲(chǔ)備支撐氮化鎵功率器件的市場(chǎng)化。2019年，Cree逐步剝離LED業(yè)務(wù)，專注于碳化硅電力電子器件和用于GaN射頻器件，并于2021年正式更名為Wolfspeed（原Cree旗下的功率&射頻部門）。在技術(shù)分布上，發(fā)光二極管LED和GaN基FET器件兩大方向是Cree重要的專利布局領(lǐng)域。其中，前者的研發(fā)熱度在近幾年明顯衰退，而Cree在后者的細(xì)分領(lǐng)域中則探索了較多的技術(shù)難題，注重器件多性能發(fā)展。
德國(guó)英飛凌持續(xù)深耕功率器件領(lǐng)域，且重點(diǎn)關(guān)注美國(guó)市場(chǎng)。其前身作為西門子集團(tuán)的半導(dǎo)體部門，英飛凌主要生產(chǎn)IGBT、功率MOSFET、HEMT、DC-DC轉(zhuǎn)換器、柵極驅(qū)動(dòng)IC、AC-DC電源轉(zhuǎn)換器等功率半導(dǎo)體器件，曾連續(xù)10年居全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)之首。在氮化鎵領(lǐng)域，英飛凌的技術(shù)分布于集中產(chǎn)業(yè)鏈中游——器件模組，持續(xù)關(guān)注GaN基FET、IGBT等功率元器件，以及由多個(gè)功率元器件集成的功率模塊（如電源轉(zhuǎn)換器）的研發(fā)。總體而言，英飛凌在功率模塊、GaN基FET器件上布局的專利最多。
國(guó)內(nèi)LED龍頭“三安光電”在氮化鎵領(lǐng)域有一定技術(shù)儲(chǔ)備。三安光電是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的LED外延片、芯片企業(yè)。
展開(kāi) 發(fā)改委官宣：同意發(fā)債3.5億建GaN項(xiàng)目
7月21日，
國(guó)家發(fā)改委
發(fā)文稱，同意一家企業(yè)發(fā)行10億元公司債，其中三分之一資金用于建設(shè)
氮化鎵射頻
項(xiàng)目。該項(xiàng)目或?qū)⒓s
浙江省25億元
項(xiàng)目有關(guān)。
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嘉興科技城
投資發(fā)展集團(tuán)有限公司曾向發(fā)改委申請(qǐng)發(fā)行公司債券，根據(jù)通知，7月9日，發(fā)改委同意了該申請(qǐng)。
嘉興科技城預(yù)計(jì)將發(fā)行公司債券
10億元
，其中
3.5億元
用于
氮化鎵射頻
及功率器件標(biāo)準(zhǔn)化廠房建設(shè)項(xiàng)目，2.5億元用于國(guó)美智能終端標(biāo)準(zhǔn)化廠房建設(shè)項(xiàng)目（一期），4億元用于補(bǔ)充營(yíng)運(yùn)資金。
據(jù)介紹，
嘉興科技城成立于
2013
年
3
月，目前落戶企業(yè)包括
斯達(dá)半導(dǎo)體、
芯動(dòng)科技、禾潤(rùn)電子、博創(chuàng)科技等十多家集成電路企業(yè)。
這次發(fā)行的3.5億債券，很可能用于支持浙江
博方嘉芯
集成電路科技有限公司。
早在2019年11月，
博方嘉芯
的氮化鎵射頻及功率器件產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目正式簽約落戶嘉興科技城。據(jù)悉，該項(xiàng)目
總投資25億元
，占地110畝，將引進(jìn)6英寸晶圓生產(chǎn)線兼容4英寸氮化鎵生產(chǎn)線設(shè)備，新建大型規(guī)模化的
GaN射頻器件
與功率器件生產(chǎn)基地。
2020年3月該項(xiàng)目正式開(kāi)工，2020年4月正式進(jìn)場(chǎng)施工，預(yù)計(jì)
2021年7月
將全部竣工驗(yàn)收。
此外，在
2020
年
3
月，為了順利推進(jìn)氮化鎵射頻及功率器件產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，促進(jìn)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在嘉興科技城發(fā)展，嘉興科技城
與博方嘉芯
正式簽約，共建
第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院
。
展開(kāi) 5G時(shí)代，GaN射頻前端大有可為！
5G sub-6GHz RFFE的一些目標(biāo)，以及GaN PA如何幫助實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)呢？具體包括如下：
更高的頻率和更高的帶寬： 5G使用比4G更高的頻率，并且需要更寬的分量載波帶寬（高達(dá)100 MHz）。GaN-on-silicon-carbide（GaN-on-SiC）Doherty PA在這些頻率下實(shí)現(xiàn)比LDMOS更寬的帶寬和更高的功率附加效率（PAE）。GaN器件的更高效率，更高輸出阻抗和更低寄生電容允許更容易的寬帶匹配和擴(kuò)展到非常高的輸出功率。
在更高數(shù)據(jù)速率下的高功率效率： GaN具有軟壓縮特性，使其更容易預(yù)失真和線性化。因此，它更容易用于數(shù)字預(yù)失真（DPD）高效應(yīng)用。GaN能夠在多個(gè)蜂窩頻段上運(yùn)行，幫助網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商部署載波聚合以增加頻譜并創(chuàng)建更大的數(shù)據(jù)管道以增加網(wǎng)絡(luò)容量。
最大限度地降低系統(tǒng)功耗：我們?nèi)绾螡M足5G的高數(shù)據(jù)率要求？我們需要更多基礎(chǔ)設(shè)施，例如數(shù)據(jù)中心，服務(wù)器和小型蜂窩。這意味著網(wǎng)絡(luò)功耗的整體增加，從而推動(dòng)了對(duì)系統(tǒng)效率和整體功率節(jié)省的需求，這似乎很難。同樣，GaN可以通過(guò)提供高輸出功率以及提高基站效率來(lái)提供解決方案。
圖6顯示了一個(gè)示例性sub-6GHz RFFE的框圖，該RFFE使用了Qorvo的Doherty PA設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率。
圖6：這種sub-6GHz的大規(guī)模MIMO RFFE包括Doherty PA。
結(jié)語(yǔ)
5G mass-MIMO sub-6GHz基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)已經(jīng)推出。
展開(kāi) GaN射頻需求超150億！Cree/恩智浦/II-VI等加速擴(kuò)產(chǎn)、整合
最近，Yole發(fā)布報(bào)告預(yù)測(cè)，2020年
GaN RF
市場(chǎng)規(guī)模為8.91億美元
（約57億人民幣），
2026年將達(dá)到24億美元
（約153.6億人民幣）
，2020-2026 年復(fù)合年增長(zhǎng)率為
18%
。
Yole表示，近年來(lái)Cree、II-VI、雷神和恩智浦等GaN射頻主要玩家，都已紛紛擴(kuò)產(chǎn)，同時(shí)產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合也在加速。
在射頻GaN行業(yè)，2020年99%以上都是基于GaN-on-SiC技術(shù)。除了在軍用雷達(dá)方面的深度滲透外，GaN-on-SiC也成為了華為、諾基亞、三星等電信OEM廠商的5G大規(guī)模 MIMO基礎(chǔ)設(shè)施的選擇。GaN-on-SiC已成為射頻功率應(yīng)用中LDMOS和GaAs的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，不斷占據(jù)LDMOS的5G市場(chǎng)份額，而且隨著6英寸SiC晶圓的逐步采用，GaN-on-SiC的成本劣勢(shì)將不斷弱化。
2026年，GaN宏/微單元將占整個(gè)GaN電信基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)的95%以上。而GaN RF器件市場(chǎng)將由5G電信基礎(chǔ)設(shè)施和國(guó)防應(yīng)用主導(dǎo)，到2026年分別占整個(gè)市場(chǎng)的41% 和49%。
受益于5G、雷達(dá)等射頻市場(chǎng)的快速發(fā)展，預(yù)計(jì)2026年GaN-on-SiC將增長(zhǎng)到22.22億美元（約142.2億人民幣），2020年該市場(chǎng)為3.42億美元（約21.89億人民幣），2020-2026年復(fù)合年增長(zhǎng)率為17%。
2020年硅基氮化鎵的射頻市占率不到1%，但未來(lái)市場(chǎng)份額也將逐步提升。GaN-on-Si有望提供具有成本效益和可擴(kuò)展性的解決方案，硅基氮化鎵PA因其大帶寬和小外形尺寸吸引了智能手機(jī)OEM。隨著創(chuàng)新廠商的重大技術(shù)進(jìn)步，它可能很快就會(huì)被一些低于 6GHz的5G手機(jī)型號(hào)采用。
展開(kāi) 智芯研報(bào) | GaN電力電子器件的現(xiàn)在與未來(lái)
從2018年開(kāi)始，GaN技術(shù)開(kāi)始在快充產(chǎn)品中應(yīng)用，并在隨后的兩年中迅速成為主流，引領(lǐng)了快充市場(chǎng)新風(fēng)向。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前為止,國(guó)內(nèi)外至少有60家生產(chǎn)制造GaN快充產(chǎn)品的廠商，可提供的GaN PD快充產(chǎn)品超過(guò)100款，無(wú)論是從廠家數(shù)量還是產(chǎn)品種類方面相比2019年底都有了翻倍的增長(zhǎng)。市面上GaN快充產(chǎn)品大部分功率在30W-100W，能滿足大部分的手機(jī)、平板電腦的充電功率需求。
GaN電力電子器件具有更高的功率密度，采用GaN的充電器體積小（僅為原來(lái)的1/4）、重量輕、轉(zhuǎn)換效率高、發(fā)熱低、安全性強(qiáng)，較普通充電器有顯著優(yōu)勢(shì)。根據(jù)內(nèi)部電路架構(gòu)的不同，約使用1-2顆的GaN電力電子器件，平均轉(zhuǎn)換效率約能達(dá)到90%左右。
Navitas GaN 單管應(yīng)用舉例
GaN電力電子器件目前雖然被大眾熟知的基本只有快充領(lǐng)域，但實(shí)際上其早就在工業(yè)電源領(lǐng)域有了一定的應(yīng)用，但之前由于成本偏高，在消費(fèi)領(lǐng)域沒(méi)有太多推廣。隨著GaN-on-Si電力電子器件成本的下降，下游應(yīng)用廠家及配套企業(yè)開(kāi)始積極布局GaN快充市場(chǎng)。但隨著近兩年來(lái)國(guó)內(nèi)外產(chǎn)線產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，制造技術(shù)的逐漸成熟，GaN電力電子器件的成本已經(jīng)達(dá)到了廠商采購(gòu)的甜蜜點(diǎn)。從IDM廠商給出的生產(chǎn)成本來(lái)看，目前GaN電力電子器件成本已經(jīng)接近Si。
據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，全球智能設(shè)備年均新增出貨量超 20 億臺(tái)，隨著GaN在該市場(chǎng)的滲透提速，未來(lái)幾年消費(fèi)類電源快充市場(chǎng)將成為GaN電力電子最大的推動(dòng)力。
不僅僅是手機(jī)快充，GaN未來(lái)幾乎可以應(yīng)用于所有的消費(fèi)類電源模塊市場(chǎng)，如白家電、3c產(chǎn)品，可以想象到未來(lái)市場(chǎng)有多么巨大。
展開(kāi) 英特爾GaN這么強(qiáng)？12英寸晶圓、3D器件面世
最近，
英特爾
在官網(wǎng)表示，他們將展示
首款氮化鎵 (GaN) 穩(wěn)壓器，
其優(yōu)值是硅器件的
10倍
，峰值效率超過(guò)
94%
。
這款穩(wěn)壓器最獨(dú)特之處在于，采用了5項(xiàng)技術(shù)，將GaN功率和GaN射頻晶體管，與硅PMOS的整合成一個(gè)片上系統(tǒng)，既可以實(shí)現(xiàn)高頻操作，又可以實(shí)現(xiàn)高功率密度。而且該器件是基于12英寸硅晶圓，這在業(yè)界很少見(jiàn)，成本也非常有優(yōu)勢(shì)。
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12英寸、3D堆疊
同時(shí)實(shí)現(xiàn)高頻、高功率
6月13-19日，英特爾將在“VLSI 技術(shù)和電路研討會(huì)”展示4項(xiàng)研究成果，其中將公布首款氮化鎵穩(wěn)壓器的詳細(xì)信息。
據(jù)介紹，這款穩(wěn)壓器采用了封裝集成的低壓GaN NMOS功率晶體管，其優(yōu)值（FoM）比硅器件提高了5-10倍，搭配40nH電感器，可實(shí)現(xiàn)94.2%的峰值效率。
談及開(kāi)發(fā)該器件的初衷時(shí)，英特爾表示，他們希望開(kāi)發(fā)一種器件，能夠解決功率傳輸和射頻前端難題，同時(shí)還要降低了器件成本。
這是因?yàn)樵?G通信等未來(lái)需求中，傳統(tǒng)的硅器件在高頻、高功率射頻功放方面性能不足，而GaAs HBT、GaAs HEMT和GaN HEMT又不適合用來(lái)制備高效功率電子器件，因?yàn)楹谋M型GaAs HEMT和GaN HEMT是常開(kāi)型器件，GaAs HBT是電流驅(qū)動(dòng)，而不是場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。而混合使用這些器件，占用的PCB空間會(huì)比較大。
根據(jù)英特爾發(fā)布的論文，2020年5月他們首次在12英寸晶圓上實(shí)現(xiàn)了GaN和硅基CMOS的三維單片集成，而這次將要展示的穩(wěn)壓器是該技術(shù)的首次成果轉(zhuǎn)化，因此非常值得期待。
展開(kāi) 
超低成本GaN基器件面世
6月3日，北京大學(xué)物理學(xué)院官網(wǎng)宣布，他們用硅晶圓制作了GaN晶體，并制備了GaN基功率器件，“這是國(guó)際上首次”，不僅物理性能優(yōu)異，而且“極具成本優(yōu)勢(shì)”。
以GaN基PND器件為例，其導(dǎo)出臨界電場(chǎng)強(qiáng)度高達(dá)3.3 MV/cm，與理論極限值一致，刷新了異質(zhì)外延GaN基器件耐壓的世界紀(jì)錄。
同時(shí)，由于采用硅晶圓，它可以用“極低廉的襯底成本”，來(lái)制作氮化鎵器件，從而能夠以更低的成本去搶占快充、服務(wù)器，甚至汽車等市場(chǎng)，市場(chǎng)前景廣闊。
這項(xiàng)技術(shù)得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等支持，相關(guān)成果最近發(fā)表在《應(yīng)用物理快報(bào)》，并被選為編輯精選。
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硅晶圓生長(zhǎng)GaN晶體
實(shí)現(xiàn)3.3 MV/cm，刷新記錄
據(jù)介紹，北京大學(xué)物理學(xué)院胡曉東教授與美國(guó)UCLA謝亞宏教授、日本名古屋大學(xué)天野浩教授（諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主）合作，開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的外延生長(zhǎng)技術(shù)，制備了GaN基SBD和GaN基PND。
經(jīng)測(cè)試，這些GaN基器件的物理性能非常優(yōu)異。
在PND上，理想因子n下探至1.8，其室溫?fù)舸╇妷哼_(dá)到490 V，而且在單邊結(jié)模型下（非穿通），導(dǎo)出臨界電場(chǎng)強(qiáng)度高達(dá)3.3 MV/cm，與理論極限值一致，刷新了異質(zhì)外延GaN基器件耐壓的世界紀(jì)錄，高于其他報(bào)道的同質(zhì)外延GaN基器件的耐壓值。
圖1：GaN基PND的I-V特性。
在SBD上，理想因子n下探至罕見(jiàn)的1.0，并在7個(gè)數(shù)量級(jí)的電流范圍內(nèi)保持在1.05以下；其開(kāi)啟電壓低至0.59 V，電流開(kāi)關(guān)比高達(dá)1010，軟擊穿電壓達(dá)175 V@0.05 A/cm2。
圖2：GaN基SBD的I-V特性。
展開(kāi) 天線和射頻器件的無(wú)參數(shù)形狀優(yōu)化技術(shù)
</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);"> 為了探索形狀優(yōu)化的最優(yōu)解，達(dá)索2024探索之旅第二季系列會(huì)議“天線和射頻器件的無(wú)參數(shù)形狀優(yōu)化技術(shù)”將為大家介紹形狀優(yōu)化新技術(shù)：無(wú)參數(shù)形狀優(yōu)化，2024年7月12日線上直播，</span><strong style="color: rgb(0, 86, 134);">了解電磁仿真新技術(shù)，學(xué)習(xí)如何進(jìn)行無(wú)參數(shù)形狀優(yōu)化，下滑免費(fèi)預(yù)約本場(chǎng)研討會(huì)！</strong><span style="color: rgba(0, 0, 0, 0.9);"> </span></p><h2 class="ql-align-center"><strong>研討會(huì)主題介紹</strong></h2><p><strong style="color: rgb(0, 86, 134);"> 7月12日下午14:00，</strong><span style="color: rgb(0, 0, 0);">達(dá)索系統(tǒng)特別邀請(qǐng)達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA品牌電磁技術(shù)顧問(wèn)馬斌為您帶來(lái)“天線和射頻器件的無(wú)參數(shù)形狀優(yōu)化技術(shù)”線上研討會(huì)，無(wú)參數(shù)優(yōu)化技術(shù)是達(dá)索系統(tǒng)結(jié)合其自身優(yōu)勢(shì)，跨學(xué)科聯(lián)合CST和Tosca開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)有趣且實(shí)用的功能。它使工程師優(yōu)化結(jié)構(gòu)時(shí)脫離復(fù)雜公式的約束，.探索結(jié)構(gòu)形狀的更多維度變化帶來(lái)的電磁結(jié)果影響，本次會(huì)議將介紹其在天線和射頻器件方面的應(yīng)用。</span><strong style="color: rgb(0, 86, 134);">下方掃碼或文末點(diǎn)擊閱讀原文免費(fèi)預(yù)約。
展開(kāi) 射頻/微波/毫米波：雷達(dá)，收發(fā)機(jī)，天線，器件
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碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)誰(shuí)是寬禁帶(WBG)材料的未來(lái)？
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應(yīng)用對(duì)比
GaN和SiC在材料性能上各有優(yōu)劣，因此在應(yīng)用領(lǐng)域上各有側(cè)重和互補(bǔ)。
SiC和GaN這兩種材料的應(yīng)用領(lǐng)域略有不同，目前GaN組件常用于電壓900V以下之領(lǐng)域，例如充電器、基站、5G通訊相關(guān)等高頻產(chǎn)品；SiC則是電壓大于1200V，例如電動(dòng)車、電動(dòng)車充電基礎(chǔ)設(shè)施、太陽(yáng)能及離岸風(fēng)電等綠色能源發(fā)電設(shè)備。
現(xiàn)今電動(dòng)車的電池動(dòng)力系統(tǒng)主要是200V-450V，更高端的車款將朝向800V發(fā)展，這將是SiC的主力市場(chǎng)。不過(guò)，SiC晶圓制造難度高，對(duì)于長(zhǎng)晶的源頭晶種要求高，不易取得，加上長(zhǎng)晶技術(shù)困難，因此目前仍無(wú)法順利量產(chǎn)。
GaN：目前主要用于射頻器件、電力電子功率器件以及光電器件。GaN的商業(yè)化應(yīng)用始于LED照明和激光器，其更多是基于GaN的直接帶隙特性和光譜特性，相關(guān)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展的非常成熟。射頻器件和功率器件是發(fā)揮GaN寬禁帶半導(dǎo)體特性的主要應(yīng)用領(lǐng)域。由于5G基站會(huì)用到多發(fā)多收天線陣列方案，GaN射頻器件對(duì)于整個(gè)天線系統(tǒng)的功耗和尺寸都有巨大的改進(jìn)，因此5G通信將是GaN射頻器件市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)因素。
SiC：SiC能大大降低功率轉(zhuǎn)換中的開(kāi)關(guān)損耗，因此具有更好的能源轉(zhuǎn)換效率，更容易實(shí)現(xiàn)模塊的小型化，更耐高溫，目前主要用于高溫、高頻、高效能的大功率元件，如智能電網(wǎng)、交通、新能源汽車、光伏、風(fēng)電。
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