技術(shù)：硅基氮化鎵，5G時(shí)代的倚天劍

　　數(shù)十年來(lái)，橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)技術(shù)在商業(yè)應(yīng)用中的射頻半導(dǎo)體市場(chǎng)領(lǐng)域起主導(dǎo)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(shì)已牢固確立——它可提供超過(guò)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(kuò)展至高頻率。同時(shí)，綜合測(cè)試數(shù)據(jù)已證實(shí)，硅基氮化鎵符合嚴(yán)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(lái)可以做到10英寸、12英寸，晶圓的長(zhǎng)度可以拉長(zhǎng)至2米。硅基氮化鎵器件具有擊穿電壓高、導(dǎo)通電阻低、開(kāi)關(guān)速度快、零反向恢復(fù)電荷、體積小和能耗低、抗輻射等優(yōu)勢(shì)。理論上相同擊穿電壓與導(dǎo)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(shuō)硅基氮化鎵器件有什么缺點(diǎn)，那就是單品的價(jià)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(gè)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(shí)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(kuò)建將以前所未有的節(jié)奏和規(guī)模進(jìn)行，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注硅基氮化鎵相對(duì)于LDMOS和碳化硅基氮化鎵的成本結(jié)構(gòu)、制造和快速應(yīng)對(duì)能力以及供應(yīng)鏈的靈活性和固有可靠性。作為新一代無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施獨(dú)一無(wú)二的出色半導(dǎo)體技術(shù)，硅基氮化鎵有望以LDMOS成本結(jié)構(gòu)實(shí)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(kuò)展能力。

　　日前，意法半導(dǎo)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(chǎng)和應(yīng)用領(lǐng)域的計(jì)劃，這標(biāo)志著氮化鎵供應(yīng)鏈生態(tài)系統(tǒng)的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這次合作有望使硅基氮化鎵技術(shù)經(jīng)濟(jì)高效地部署和擴(kuò)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(duì)密度對(duì)功率和熱性能具有極高的價(jià)值，特別是在較高頻率下。經(jīng)過(guò)適當(dāng)開(kāi)發(fā)，硅基氮化鎵的功率效率優(yōu)勢(shì)將對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的基站運(yùn)營(yíng)費(fèi)用產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

　　無(wú)獨(dú)有偶，意法半導(dǎo)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(dǎo)體滿足高效能、高功率的應(yīng)用需求，包括混動(dòng)和電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電器、無(wú)線充電和伺服器。

　　而這次合作計(jì)劃之重點(diǎn)是在200mm晶圓上開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證制造先進(jìn)硅基氮化鎵架構(gòu)的功率二極體和電晶體。研究公司HIS預(yù)測(cè)，該市場(chǎng)將在2024年前將保持超過(guò)20%的年復(fù)合成長(zhǎng)率。意法半導(dǎo)體和Leti利用IRT奈米電子研究所的框架計(jì)劃，在Leti的200mm研發(fā)線上開(kāi)發(fā)制程技術(shù)，預(yù)計(jì)在2019年完成可供驗(yàn)證的工程樣品。同時(shí)，意法半導(dǎo)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(jì)劃2020年前在法國(guó)圖爾前段制程晶圓廠進(jìn)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(yīng)用的發(fā)展歷程無(wú)疑是一次最具顛覆性的技術(shù)革新過(guò)程，為射頻半導(dǎo)體行業(yè)開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新時(shí)代。