新电子mg官方网站-半导体两大原材料浅析

2024-12-03 21:21:02

半导体原料共计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）、硒简化锌（ZnSe）等宽带半导体原料居多。第三代半导体原料具备较小的比特率宽度，较高的穿透电压（breakdownvoltage），耐压与耐高温性能较好，因此更加限于于生产高频、高温、大功率的射频组件。

从第二代半导体原料开始经常出现化合物，这些化合物凭借出色性能在半导体领域中获得广泛应用。如GaAs在高功率传输领域具备出色的物理性能优势，普遍应用于手机、无线局域网络、光纤通讯、卫星通讯、卫星定位等领域。

GaN则具备较低导通损耗、低电流密度等优势，可贞着增加电力损耗和风扇阻抗。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、高频等条件下的出色性能，在交流－直流转换器等电源切换装置中以求大量应用于。明日之星－GaNGaN是未来最不具快速增长潜力的化合物半导体，与GaAs和InP等高频工艺比起，GaN做成组件输入的功率更大；与LDMOS和SiC等功率工艺比起，GaN的频率特性更佳。

大多数Sub6GHz的蜂窝网络都将使用GaN组件，因为LDMOS无法忍受如此低的频率，而GaAs对于高功率应用于又非理想之中选。此外，因为较高的频率不会减少每个基地台的覆盖范围，所以必须加装更好的晶体管，进而造就GaN市场规模将很快不断扩大。GaN组件产值目前占到整个市场20％左右，Yole预估到2025年比重将提高至50％以上。

GaNHEMT早已沦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大约150万座基地台，未来5G网络还将补足覆盖面积区域更加小、产于更为密集的微型基地台，这将性刺激GaN组件的市场需求。此外，国防市场在过去几十年里仍然是GaN研发的主要驱动力，目前已用作新一代空中和地面雷达。手机中基石－GaAsGaAs作为最成熟期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数据表明，2018年全球GaAs组件市场（含IDM厂组件产值）总产值大约为88．7亿美元，创历史新纪录，且市场集中度低，其中Qorvo的市场份额占比为26％。由于GaAs具备载波单体和多输出多输入技术所需的高功率和低线性度，GaAs仍将是6GHz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于。总结上述这些III－V族化合物半导体组件具备出色的高频特性，长期以来被视作太空科技中无线领域应用于选用。

随着商业上宽带无线通信及光通讯的爆炸性市场需求，化合物半导体制程技术更加普遍的被应用于在高频、高功率、低噪声的无线产品及光电组件中。同时也从携带型型无线通信，蔓延至物联网趋势下的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在这个领域有了解的研究。Qorvo手机事业部高级销售经理DavidZhao之前在拒绝接受媒体专访时认为，5G对PA线性度拒绝更高，所以耐压低的GaAs工艺更加不受注目。

砷化镓Die倒装技术，早已被QRVO广泛使用。比起于传统的砷化镓wirebondingPCB，倒装工艺让模块厚度更加厚，一致性更佳。通过因应SOI、CMOS和SAW／BAW的倒装工艺，尺寸更加小，功能更好的SiP射频模组沦为有可能。总结：砷化镓、氮化镓MMIC芯片作为手机生产的最重要器件，20世纪90年代中期就已代替了射频、微波领域里较低性能硅基集成电路而沦为无线通讯产业不可或缺的IC元件。

因其工艺生产比硅器件艰难大，以前国内尚不一家成熟期的生产厂家，所需的射频功率芯片（GaAsMMIC、GaNMMIC）主要倚赖进口，这对我国半导体产业和通讯产业尤其是将要推广应用的5G技术发展包含了根本性屏障。在国家政策和资金大力支持下，经过多年的技术累积和发展，从材料砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）到芯片GaAsMMIC、GaNMMIC构建重大突破基础上，2018年北京双仪投资10亿元在北京建设月产2万片6吋砷化镓单片集成电路（GaAsMMIC）规模化量产生产线，海特高新投资14．2亿元建设6吋年产4万片GaAsMMIC、3万片GaNMMIC生产线，并都将在2019年初投产，以符合国内5G等市场对砷化镓MMIC和氮化镓MMIC芯片的急迫市场需求，挽回我国倚赖进口的有利局面。砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）作为时下新兴的半导体工艺技术，特别是在在高频率、高功率、低温度环境下构建的电源切换效率、功率密度、宽带稳定性等性能进步，沦为光学存储、激光打印机、高亮度LED和无线通讯尤其是无线网络5G基站（移动通信、无线网络、点到点和点到多点通信）、手机、军工领域无可比拟的最重要而关键器件。

作为光电子、长禁带半导体材料中引人注目的新星，GaAs在5G通讯、物联网、OLED、太阳能电池等技术中的应用于代表了当前和未来发展方向之一，作为有潜力的光电子材料，不但从生产到应用于早已很成熟期，而且稳定性和不俗的性价比以及深加工后产品价值具备10倍的放大系数，未来市场也将维持9％的年均增长速度；GaN应用于还有待研发、但却可以在更高频率、更高功率、更高温度下工作，在光学存储、激光打印机、高亮度LED以及无线基站等领域的应用于前景受到注目，在高亮度LED、蓝光激光器和功率半导体领域是颇受欢迎的材料。

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