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关少曾-半导体两大原材料浅析

  半导体质料共阅历了三个开展阶段:第一阶段是以硅 (Si)、锗 (Ge) 为代表的第一代半导体质料;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)、硒化锌 (ZnSe) 等宽带半导体质料为主。

  第三代半导体质料具有较大的带宽宽度,较高的击穿电压 (breakdown voltage),耐压与耐高温功用杰出,因而更适用于制作高频、高温、大功率的射频组件。

  从第二代半导体质料开端呈现化合物,这些化合物凭优异功用在半导体范畴中获得广泛使用。

  如 GaAs 在高功率传输范畴具有优异的物理功用优势,广泛使用于手机、无线局域网络、光纤通讯、卫星通讯、卫星定位等范畴。

  GaN 则具有低导通损耗、高电流密度等优势,可明显削减电力损耗和散热负载。可使用于变频器、稳压器、变压器、无线充电等范畴。

  SiC 因其在高温、高压、高频等条件下的优异功用,在沟通 - 直流转化器等电源转化设备中得以很多使用。

  明日之星 -GaN

  GaN 是未来最具增加潜力的化合物半导体,与 GaAs 和 InP 等高频工艺比较,GaN 制成组件输出的功率更大;与 LDMOS 和 SiC 等功率工艺比较,GaN 的频率特性更好。

  大多数 Sub 6GHz 的蜂窝网络都将选用 GaN 组件,因为 LDMOS 无法承受如哈利波特4此高的频率,而 GaAs 关于高功率使用又非抱负之选。

  此外,因为较高的频率会下降每个基地台的掩盖规划,所以需求装置更多的晶体管,从而带动 GaN 商场规划将敏捷扩展。

  GaN 组件产量现在占整个商场 20% 左右,Yole 预估到 2025 年比重将提升至 50% 以上。

  GaN HEMT 现已成为关少曾-半导体两大原材料浅析未来大型基地台功率放大器的候选技能。现在预估全球每年新建约 150 万座基地台,未来 5G 网络还将弥补掩盖区域更小、散布愈加密布的微型基地台,这将影响 GaN 组件的需求。

  此外,国防商场在曩昔几十年里一直是 GaN 开发的首要驱动力,现在已用于新一代空中和地上雷达。

  手机中柱石 -GaAs

  GaAs 作为最老练的化合物半导体之一,是智能手机零组件中,功率放大器 (PA) 的柱石。

  依据 StrategyAnalytics 数据显现, 2018 年全球 GaAs 组件商场(含 IDM 厂组件产量)总产量约为 88.7 亿美元,创前史新高,且商场集中度高,其间 Qorvo 的商场份额占比为 26%。

  因为 GaAs 具有载波聚合和多输入多输出技能所需的高功率和高线性度,GaAs 仍将是 6 GHz 以下频段的干流技能。除此之外,GaAs 在轿车电子、军事范畴方面也有必定的使用。

  总结上述这些 III-V 族化合物半导体组件具有优异的高频特性,长时间以来被视为太空科技中无线范畴使用首选。

  跟着商业上宽带无线通讯及光通讯的爆破性需求,化合物半导体制程技能更广泛的被使用在高频、高功率、低噪声的无线产品及光电组件中。一起也从掌上型无线通讯,分散至物联网趋势下的 5G 基础建造和光通讯的技能开发范畴。作为资深的射频专家,Qorvo 在这个范畴有深化的研讨。

  Qorvo 手机事业部高档出售司理 David Zhao 之前在承受媒体采访时指出,5G 对 PA 线性度要求更高,所以耐压高的 GaAs 工艺更受喜爱。砷化镓 Die 倒装技能,现已被 QRVO 遍及选用。比较于传统的砷化镓 wire bonding 封装,倒装工艺让模块厚度更薄,一致性更好。通过合作 SOI、CMOS 和 SAW/BAW 的倒装工艺,尺度更小,功用更多的 SiP 射频模组成为可能。

  总结:

  砷化镓、氮化镓 MMIC 芯片作为手机出产的重要器材,20 世纪 90 时代中期就已替代了射频、微波范畴里低功用硅基集成电路而成为无线通讯工业不可或缺的 IC 元件。因其工艺制作比硅器材困难大,曾经国内尚无一家老练的出产厂家,所需的射频功率芯片(GaAs MMIC 、GaN MMIC)首要依靠进口,这对我国半导体工业和通讯工业特别是行将推广使用的 5G 技能开展构成了严重屏障。在国家方针和资金大力支持下,通过多年的技能堆集和开展,从资料砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)到芯片 GaAs MMIC 、GaN MMIC 完成严重突破基础上,2018 年北京双仪出资 10 亿元在北京建造月产 2 万片 6 吋砷化镓单片集成电路(GaAs MMIC)规划化量产出产线,海特高新出资 14.2 亿元建造 6 吋年产 4 万片 GaAs MMIC、3 万片 GaN MMIC 出产线,并都将在 2019 年头投产,以满意国内 5G 等商场对砷化镓 MMIC 和氮化镓 MMIC 芯片的火急需求,改变我国依靠进口的晦气局势。

  砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)作为时下新式的半导体工艺技能,尤其在高频率、高功率、高温度环境下完成的电源转化功率、功率密度、宽带稳定性等功用腾跃,成为光学存储、激光打印、高亮度 LED 和无线通讯特别是无线网络 5G 基站(移动通讯、无线网络、点到点和点到多点通讯)、手机、军工范畴无与伦比的重要而要害器材。作为光电子、宽禁带半导体资猜中耀眼的新星,GaAs 在 5G 通讯、物联网、OLED、太阳能电池等技能中的使关少曾-半导体两大原材料浅析用代表了当时和未来开展方向之一,作为有潜力的光电子资料,不但从出产到使关少曾-半导体两大原材料浅析用现已很老练,并且稳定性和不错的性价比以及深加工后产品价值具有 10 倍的放大系数,未来商场也将坚持 9%的年均增速;GaN 使用还有待开发、但却能够在更高频率、更高功率、更高温度下作业,在光学存储、激光打印、高亮度 LED 以及无线基站等范畴的使用远景遭关少曾-半导体两大原材料浅析到重视,在高亮度 LED、蓝光激光器和功率半导体范畴是颇受欢迎的资料。

(原标题:半导体两大原资料浅析)

(责任编辑:DF515)

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