中國粉體網訊  由于氮化鎵半導體在低功耗、小尺寸等方面具有獨特的優(yōu)勢，近年來在功率器件市場大受歡迎。無論是在功率，還是RF應用領域，它都代表著高功率和高性能應用場景的未來，將在很大程度上替代砷化鎵和LDMOS。

然而，其居高不下的成本使得氮化鎵技術的應用受到很多限制。于是，碳化硅基氮化鎵與硅基氮化鎵器件的出現為氮化鎵半導體技術發(fā)展注入了新的活力。到2026年，RF GaN器件市場預計將超過24億美元。目前GaN-on-SiC（碳化硅基氮化鎵）和GaN-on-Si（硅基氮化鎵）之間的的技術和生產競爭已經出現。

碳化硅基氮化鎵主導，硅基氮化鎵緊跟

在RF GaN行業(yè)，一切都是從碳化硅基氮化鎵技術開始的，它在20多年前即已推出，現已成為RF功率應用方面LDMOS和GaAs的有力競爭者。除了軍用雷達領域的深度滲透，它還是華為、諾基亞、三星等電信原始設備制造商（OEM）5G大規(guī)模MIMO基礎設施的首選。隨著全球加速5G部署，碳化硅基氮化鎵有望在不久的將來取代硅基LDMOS在射頻市場的主導地位。據Yole預計，到2026年，GaN射頻市場將達到24億美元，2020-2026年復合年增長率為18%。其中，碳化硅基氮化鎵射頻市場預計達到22億美元以上，預測期內復合年增長率為17%。

作為一個主要挑戰(zhàn)者，硅基氮化鎵商用仍在起步階段，有望提供經濟高效和可擴展的解決方案。盡管截至2021年第二季度其市場容量很小，但硅基氮化鎵PA（功率放大器）憑借大帶寬和小尺寸吸引了智能手機OEM。隨著創(chuàng)新廠商的重大技術進步，一些低于6GHz的5G手機型號很可能很快采用，無疑將是硅基氮化鎵的一個里程碑。

兩條技術路線，誰能在5G時代勝出

碳化硅基氮化鎵結合了碳化硅優(yōu)異的導熱性和氮化鎵高功率密度和低損耗能力，襯底上的器件可在高電壓和高漏極電流下運行，結溫將隨RF功率緩慢升高，RF性能更好，但價格明顯高于硅基氮化鎵。

硅基氮化鎵生長速度較快，較容易擴展到8英寸晶圓；受限于襯底，目前仍是4英寸和6英寸晶圓，8英寸還沒有商用。

碳化硅基氮化鎵引領商用

目前業(yè)界超過95％商用RF GaN器件在采用碳化硅基氮化鎵工藝。在RF應用方面，Cree（Wolfspeed）實力最強，Cree在RF領域主要走碳化硅基氮化鎵路線，2019年5月，它在美國北卡羅萊納州擴建了一座先進自動化8英寸碳化硅晶圓工廠及一座材料超級工廠，以此提升其碳化硅晶圓尺寸和市占率，并將碳化硅基氮化鎵先進磊晶（Epitaxial）技術進一步應用于功率及RF元件。

硅基氮化鎵的后來之勢

英特爾和MACOM是目前最活躍的RF GaN專利申請者，主要聚焦硅基氮化鎵技術路線。

2018年，MACOM和意法半導體（ST）合作將硅基氮化鎵引入主流RF市場和應用，ST6英寸平臺的制造規(guī)模、供應安全性和波涌產能與MACOM硅基氮化鎵RF功率產品組合可滿足主流消費、汽車和無線基站項目需求。MACOM在ST制造的硅晶圓上開發(fā)GaN器件，硅基氮化鎵的預期突破性成本結構和功率密度將使4G/LTE和大規(guī)模MIMO5G天線成為可能。合作提高了硅基氮化鎵產能，通過擴大晶圓供應支持5G無線網絡建設，實現硅基氮化鎵的成本優(yōu)勢、規(guī)模經濟和產業(yè)化，滿足全球5G網絡建設的需求。在擴大MACOM貨源的同時，ST也可以在手機、無線基站和相關商業(yè)電信基礎設施應用以外的RF市場制造和銷售自己的硅基氮化鎵產品。

不管是碳化硅基氮化鎵，還是硅基氮化鎵，整個行業(yè)都在加速從4英寸到6英寸，甚至8英寸的演變，率先發(fā)生的應該是比較成熟和已經大規(guī)模商用的碳化硅基氮化鎵技術。此外，頭部企業(yè)也在探索金剛石基氮化鎵器件技術。

參考來源：

[1]立厷.RF應用：碳化硅基PK硅基氮化鎵

[2]高規(guī)格的痛苦面具，GaN-On-SiC的未來.集微網

[3]碳化硅基PK硅基氮化鎵：誰是半導體應用的贏家？.維科網

（中國粉體網編輯整理/山川）

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