技術(shù)：硅基氮化鎵，5G時代的倚天劍

　　數(shù)十年來，橫向擴散金屬氧化物半導體(LDMOS)技術(shù)在商業(yè)應用中的射頻半導體市場領(lǐng)域起主導作用。如今，這種平衡發(fā)生了轉(zhuǎn)變，硅基氮化鎵(GaN-on-Si)技術(shù)成為接替?zhèn)鹘y(tǒng)LDMOS技術(shù)的首選技術(shù)。

　　與LDMOS相比，硅基氮化鎵的性能優(yōu)勢已牢固確立——它可提供超過70%的功率效率，將每單位面積的功率提高4到6倍，并且可擴展至高頻率。同時，綜合測試數(shù)據(jù)已證實，硅基氮化鎵符合嚴格的可靠性要求，其射頻性能和可靠性可媲美甚至超越昂貴的碳化硅基氮化鎵(GaN-on-SiC)替代技術(shù)。

　　硅基氮化鎵器件工藝能量密度高、可靠性高，晶圓可以做得很大，目前在8英寸，未來可以做到10英寸、12英寸，晶圓的長度可以拉長至2米。硅基氮化鎵器件具有擊穿電壓高、導通電阻低、開關(guān)速度快、零反向恢復電荷、體積小和能耗低、抗輻射等優(yōu)勢。理論上相同擊穿電壓與導通電阻下的芯片面積僅為硅的千分之一，目前能做到十分之一。

　　如果說硅基氮化鎵器件有什么缺點，那就是單品的價格偏貴。但據(jù)我們了解，使用了這種器件后，所需要的配套外圍電子元件、冷卻系統(tǒng)成本大幅降低。雖然論單個器件成本，氮化鎵比硅基器件貴，但是論系統(tǒng)整體成本，氮化鎵與硅基器件的成本差距已經(jīng)非常小，在大規(guī)模量產(chǎn)后可實現(xiàn)比硅器件更高性能與更低成本。

　　鑒于5G基礎(chǔ)設(shè)施擴建將以前所未有的節(jié)奏和規(guī)模進行，人們越來越關(guān)注硅基氮化鎵相對于LDMOS和碳化硅基氮化鎵的成本結(jié)構(gòu)、制造和快速應對能力以及供應鏈的靈活性和固有可靠性。作為新一代無線基礎(chǔ)設(shè)施獨一無二的出色半導體技術(shù)，硅基氮化鎵有望以LDMOS成本結(jié)構(gòu)實現(xiàn)優(yōu)異的氮化鎵性能，并且具備支持大規(guī)模需求的商業(yè)制造擴展能力。

　　日前，意法半導體和MACOM聯(lián)合宣布將硅基氮化鎵技術(shù)引入主流射頻市場和應用領(lǐng)域的計劃，這標志著氮化鎵供應鏈生態(tài)系統(tǒng)的重要轉(zhuǎn)折點。這次合作有望使硅基氮化鎵技術(shù)經(jīng)濟高效地部署和擴展到4G LTE基站以及大規(guī)模MIMO 5G天線領(lǐng)域。

　　其中天線配置的絕對密度對功率和熱性能具有極高的價值，特別是在較高頻率下。經(jīng)過適當開發(fā)，硅基氮化鎵的功率效率優(yōu)勢將對無線網(wǎng)絡(luò)運營商的基站運營費用產(chǎn)生深遠影響。

　　無獨有偶，意法半導體和CEA Tech旗下之研究所Leti宣布合作研發(fā)硅基氮化鎵(GaN)功率切換元件制造技術(shù)。該硅基氮化鎵功率技術(shù)將讓意法半導體滿足高效能、高功率的應用需求，包括混動和電動汽車車載充電器、無線充電和伺服器。

　　而這次合作計劃之重點是在200mm晶圓上開發(fā)和驗證制造先進硅基氮化鎵架構(gòu)的功率二極體和電晶體。研究公司HIS預測，該市場將在2024年前將保持超過20%的年復合成長率。意法半導體和Leti利用IRT奈米電子研究所的框架計劃，在Leti的200mm研發(fā)線上開發(fā)制程技術(shù)，預計在2019年完成可供驗證的工程樣品。同時，意法半導體還將建立一條高品質(zhì)生產(chǎn)線，包括GaN/Si異質(zhì)磊晶制程，并計劃2020年前在法國圖爾前段制程晶圓廠進行首次生產(chǎn)。

　　硅基氮化鎵從早期研發(fā)到商業(yè)規(guī)模應用的發(fā)展歷程無疑是一次最具顛覆性的技術(shù)革新過程，為射頻半導體行業(yè)開創(chuàng)了一個新時代。