【導(dǎo)讀】氮化鎵技術(shù)將繼續(xù)在國防和電信市場提供高性能和高效率。射頻應(yīng)用目前主要是碳化硅基氮化鎵（GaN-on-SiC）器件。雖然硅基氮化鎵（GaN-on-Si）目前不會威脅到碳化硅基氮化鎵的主導(dǎo)地位，但它的出現(xiàn)將影響供應(yīng)鏈，并可能影響未來的電信技術(shù)。
氮化鎵技術(shù)將繼續(xù)在國防和電信市場提供高性能和高效率。射頻應(yīng)用目前主要是碳化硅基氮化鎵（GaN-on-SiC）器件。雖然硅基氮化鎵（GaN-on-Si）目前不會威脅到碳化硅基氮化鎵的主導(dǎo)地位，但它的出現(xiàn)將影響供應(yīng)鏈，并可能影響未來的電信技術(shù)。
1990年代，美國國防部認(rèn)識到，與InP、GaAs HBT、GaAs HEMT和Si LDMOS等材料相比，射頻碳化硅基氮化鎵具有更高的輸出功率和效率。氮化鎵具有更寬的帶寬，并能減小系統(tǒng)尺寸。隨著電信基礎(chǔ)設(shè)施頻率和基站型號的擴(kuò)展，這兩項(xiàng)能力都是必需的。這些功率和效率優(yōu)勢使其在國防領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其中碳化硅基氮化鎵可應(yīng)對機(jī)載雷達(dá)等高功率應(yīng)用中的熱調(diào)節(jié)挑戰(zhàn)。
國防仍是射頻氮化鎵市場最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一。與此同時(shí)，RF GaN已開始被衛(wèi)星通信市場所采用，與其他材料相比，RF GaN的高效率使器件尺寸更小，從而在系統(tǒng)層面釋放出寶貴的空間。Yole的RF GaN 2023報(bào)告預(yù)測，從2022年到2028年，國防和衛(wèi)星通信領(lǐng)域的年均增長率將分別達(dá)到13%和18%。這將推動國防市場達(dá)到約10億美元，而衛(wèi)星通信市場將在2028年達(dá)到約2.7億美元。Yole對射頻氮化鎵收入和細(xì)分市場的預(yù)測見圖1。
圖1 2022年至2028年射頻GaN器件收入預(yù)測和細(xì)分。資料來源：RF GaN 2023 report, Yole Intelligence, 2023。
電信基礎(chǔ)設(shè)施中的射頻氮化鎵
2023年，主流的氮化鎵技術(shù)采用碳化硅襯底。這種成熟的技術(shù)在6GHz以下頻率表現(xiàn)出卓越的特性，如更高的功率增加效率、熱傳導(dǎo)性和功率密度。華為于2015年首次推出并于2020年開始量產(chǎn)用于4G基站的碳化硅基氮化鎵。從那時(shí)起，電信應(yīng)用的射頻GaN通過推動對具有成本優(yōu)勢的6英寸SiC晶圓的需求，已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)龐大的市場。SEDI、Wolfspeed、NXP和Qorvo等世界各地的公司進(jìn)行了大量投資，以確保碳化硅基氮化鎵在其目標(biāo)應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位，并取代其對應(yīng)的Si LDMOS。圖2顯示了各種射頻功率技術(shù)在電信基礎(chǔ)設(shè)施市場份額的預(yù)期變化。
圖2 2023年射頻GaN在電信基礎(chǔ)設(shè)施市場的滲透率。資料來源：RF GaN 2023 report, Yole Intelligence, 2023。
4G微站和宏站主要基于遠(yuǎn)端射頻頭(RRH)，RRH將基站的射頻鏈和模數(shù)轉(zhuǎn)換組件與多達(dá)8個(gè)輸出功率高達(dá)100W的多路功率放大器(PA)集成在一起。隨著4G時(shí)代的結(jié)束，預(yù)計(jì)3GHz基站對基于LDMOS的功率放大器的依賴將逐漸減弱。新興的6GHz以下5G基站正在從2×2 MIMO轉(zhuǎn)向64×64大規(guī)模MIMO（mMIMO），并采用有源天線系統(tǒng)（AAS）取代RRH。除了增加功率放大器的數(shù)量外，這種架構(gòu)預(yù)計(jì)將降低每個(gè)功率放大器的輸出功率。輸出功率從100瓦到5瓦不等。此外，還要求功率放大器在處理不斷增加的數(shù)據(jù)流量的同時(shí)降低功耗。圖3顯示了5G電信基礎(chǔ)設(shè)施的演進(jìn)愿景。
圖3 電信基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。資料來源：RF GaN 2023 report, Yole Intelligence, 2023。
GaN可以滿足所有這些要求。隨著GaN-on-SiC滿足5G高達(dá)7GHz的頻率要求，LDMOS的市場份額預(yù)計(jì)將下降。短期內(nèi)，隨著印度等新區(qū)域市場在建設(shè)電信基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)采用AAS，射頻碳化硅基氮化鎵也有望從中受益。對于5G毫米波和6G，由于要求更加注重高頻率和低功耗，預(yù)計(jì)射頻氮化鎵技術(shù)將面臨與SiGe和InP等其他材料更激烈的競爭。
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