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明升体育官网|5G应用的关键材料:深度解析GaN产业链编辑:m88体育 发布时间:2020-09-19  浏览次数:30053

m88体育_明升体育|随着技术的发展,终端设备对于半导体器件性能、效率、小型化拒绝的更加低,尤其是随着5G的将要来临,也更进一步推展了以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料的较慢发展。一、GaN的神秘1、GaN是什么?GaN是近于平稳的化合物,又是柔软的高熔点材料,熔点大约为1700℃,GaN具备低的电离度,在III-V族化合物中是最低的(0.5或0.43)。

在大气压力下,GaN晶体一般是六方纤锌矿结构。2、GaN器件逐步步入成熟阶段氮化镓技术可以追溯到1970年代,美国无线电公司(RCA)研发了一种氮化镓工艺来生产LED。

自上世纪90年代开始,基于GaN的LED大放异彩,目前已成LED的主流。现在市场上销售的很多LED就是用于蓝宝石衬底的氮化镓技术。除了LED,氮化镓也被用于到了功率半导体与射频器件上。基于氮化镓的功率芯片正在市场站稳脚跟。

2010年,第一个GaN功率器件由IR投入市场,2014年以后,600VGaNHEMT早已沦为GaN器件主流。2014年,行业首次在8英寸SiC(碳化硅)上生长GaN器件。3、GaN在电力电子领域与微波射频领域皆有优势①、GaN在电力电子领域:高效率、低损耗与高频率低切换效率:GaN的禁带宽度是Si的3倍,穿透电场是Si的10倍。

因此,某种程度额定电压的GaN电源功率器件的导通电阻比Si器件较低3个数量级,大大降低了电源的导通损耗。较低导通损耗:GaN的禁带宽度是Si的3倍,穿透电场是Si的10倍。

因此,某种程度额定电压的GaN电源功率器件的导通电阻比Si器件较低3个数量级,大大降低了电源的导通损耗。▲Si功率器件电源速度慢,能量损耗大(来源:太平洋证券)▲GaN电源速度快,可大幅提高效率(来源:太平洋证券整理)低工作频率:GaN电源器件寄生电容小,工作效率可以比Si器件提高最少20倍,大大增大了电路中储能原件如电容、电感的体积,从而成倍地增加设备体积,增加铜等贵重原材料的消耗。②、GaN在微波射频领域:高效率、大比特率与高功率更高功率:GaN上的电子具备低饱和状态速度(在十分低的电场下的电子速度)。

融合大电荷能力,这意味著GaN器件可以获取更高的电流密度。RF功率输入是电压和电流转动的乘积,因此更高的电压和电流密度可以在实际尺寸的晶体管中产生更高的RF功率。在4GHz以上频段,可以输入比GaAs低得多的频率,尤其合适雷达、卫星通信、中继通信等领域。

更高效率:降低功耗,节省电能,减少风扇成本,减少总运营成本。更大的比特率:提升信息装载量,用较少的器件构建多频率覆盖面积,减少客户产品成本。

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也限于于扩频通信、电子对抗等领域。另外值得一提的是,GaN-on-SiC器件具备出众的热性能,这主要得益于SiC的高导热性。实质上,这意味著GaN-on-SiC器件在力学系统完全相同功率时会像GaAs或Si器件那样热。“较冷”设备意味著更加可信的设备。

4、与第二代半导体材料GaAs比起优势显著GaN器件的功率密度是砷化镓(GaAs)器件的十倍。GaN器件的更高功率密度使其需要获取更加长的比特率,更高的放大器增益和更高的效率,这是由于器件外围更加小。GaN场效应晶体管(FET)器件的工作电压可以比同类GaAs器件低五倍。由于GaNFET器件可以在更高的电压下工作,因此设计人员可以更加精彩地在窄带放大器设计上构建阻抗匹配。

阻抗匹配是以这样的方式设计电阻抗的输入阻抗的实践中,其最大化从设备到阻抗的功率传输。GaNFET器件的电流是GaAsFET器件的两倍。由于GaNFET器件可获取的电流是GaAsFET器件的两倍,因此GaNFET器件具备更高的比特率能力。

大部分的半导体器件对于温度的变化都是十分脆弱的,为了确保可靠性,半导体的温度变化必需被掌控在一定范围内。热管理对于RF系统来说特别是在最重要,因为它们本身能量损耗就较为低,不会带给比较严重的风扇问题。GaN在维持低温方面有其独有优势,另外即使在温度较高的情况下,比起于硅其性能影响较小。

例如100万小时过热时间中位数MTTF表明,GaN比GaAs的工作温度可以低50摄氏度。▲GaAs与GaN的可靠性较为(资料来源:Qorvo,中银国际证券)与其他半导体(如Si和GaAs)比起,GaN是一种比较较新的技术,但它已沦为低射频,低耗电量应用于的选用技术,如长距离或高端功率传输信号所需的应用于(如雷达,基站缴发信台[BTS],卫星通信,电子战[EW]等)。

5、随着成本减少,GaN市场空间极大随着成本减少,GaN市场空间极大。GaN与SiC、Si材料各有其优势领域,但是也有重合的地方。

GaN材料电子饱和状态飘移速率最低,合适高频率应用于场景,但是在高压高功率场景不如SiC;随着成本的上升,GaN未来将会在中低功率领域替代二极管、IGBT、MOSFET等硅基功率器件。以电压来分,0~300V是Si材料占有优势,600V以上是SiC占有优势,300V~600V之间则是GaN材料的优势领域。根据Yole估算,在0~900V的高压市场,GaN都有较小的应用于潜力,这一块占有整个功率市场大约68%的比重,按照整体市场154亿美元来看,GaN潜在市场多达100亿美元。

GaNRF市场将要大放异彩。根于Yole的预测,在通信和国防应用于的推展下RFGaN产业在2017年至2023年期间的填充年增长率将不会超过的23%。截至2017年底RFGaN市场总量相似3.8亿美元,2023年将超过13亿美元以上。

基于RF的GaN技术也在不断创新以符合工业界市场需求。国防应用于是RFGaN的主要市场领域,这是因为GaN产品具备专业的高性能拒绝和较低价格优势。

2017-2018年间,国防应用于占到GaN射频市场总量的35%以上,目前全球国防市场在GaN领域没上升迹象。:m88体育_明升体育。

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