超密集組網(wǎng)通過增加基站部署密度，可實現(xiàn)頻率復(fù)用效率的巨大提升,，并且?guī)砜捎^的容量增長,，未來隨著基站數(shù)量的增加，基站內(nèi)射頻器件的需求也將隨之大幅提升,。高通預(yù)測,，射頻前端的市場規(guī)模預(yù)估到2020年將達到180億美元。Small Cell Forum預(yù)測,，全球小基站市場空間有望在2020年超過60億美元,。

Qorvo亞太區(qū)FAE高級經(jīng)理楊嘉

有業(yè)內(nèi)分析師就表示，3.5GHz以上所有宏基站部署將看到GaN逐步取代LDMOS,，同時,，GaAs也將從小型基站網(wǎng)絡(luò)的需求增長中受益。Qorvo亞太區(qū)FAE高級經(jīng)理楊嘉也表示：“小基站及Massive MIMO的飛速發(fā)展,，會對集成度要求越來越高,， GaN自有的先天優(yōu)勢會加速功率器件集成化的進程。5G將會帶動GaN這一產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,?！?不過另有業(yè)內(nèi)人士對記者表示：“GaN射頻器件憑借非常好的頻率特性確實是5G的最好選擇，但系統(tǒng)中的其他器件沒有那么好的頻率特性與之匹配,，GaN器件的優(yōu)勢目前來說還不能很好的發(fā)揮,?！?/p>

MACOM無線產(chǎn)品中心資深總監(jiān)成鋼

因此有人擔(dān)心在基站應(yīng)用里用氮化鎵實在過于昂貴，氮化鎵的功率密度優(yōu)勢會因其成本過高而被抵消,。對此,，MACOM無線產(chǎn)品中心資深總監(jiān)成鋼表示：“氮化鎵(尤其是硅基氮化鎵)為降低5G系統(tǒng)射頻前端成本提供了一個明確的途徑。推動集成將進一步降低半導(dǎo)體器件的成本,，這將把成本挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)移到封裝和測試上,。在毫米波應(yīng)用的情況下，封裝解決方案將提供支持而非帶來挑戰(zhàn),，5G陣列設(shè)計將成為射頻前端實現(xiàn)低成本制造的關(guān)鍵,。封裝解決方案將帶來獨特的熱性能和電氣性能挑戰(zhàn)，必須一一應(yīng)對這些挑戰(zhàn),，系統(tǒng)才能實現(xiàn)低成本,。封裝解決方案還必須進行高速、低成本的高頻自動化測試,，以便進一步降低成本,。MACOM在高頻設(shè)計和封裝創(chuàng)新方面具有數(shù)十年經(jīng)驗，為我們當(dāng)前的解決方案打下了堅實的基礎(chǔ),?！睏罴我脖硎荆骸半S著6寸晶元的普及及更先進的封裝技術(shù)如QORVO LCOR可以有效地降低使用成本。隨著規(guī)模應(yīng)用,，GaN的成本也會隨著下降,。”

既然對GaN在5G基站中的應(yīng)用前景看好,，那么隨著手機射頻前端復(fù)雜性的增加,， GaN射頻器件應(yīng)用于5G手機提升性能和集成度是否可行?成鋼表示：“關(guān)于氮化鎵在移動設(shè)備中的作用，存在很多的討論和爭議,。氮化鎵的技術(shù)優(yōu)勢來源于材料可承受較大的臨界電場,。這是能夠在很高電壓下工作的原因。器件的阻抗與電壓的平方成比例,。受電池技術(shù)限制,，移動設(shè)備通常被認為是低電壓設(shè)備，從而導(dǎo)致氮化鎵的性能優(yōu)勢不明顯,。移動設(shè)備電源管理要求與射頻器件技術(shù)特性關(guān)系的整體分析將指出正確的解決方案,。這與氮化鎵的高電壓和高功率能力大放異彩的基站和其他固定應(yīng)用大相徑庭?！?/p>

楊嘉進一步指出：“以目前的技術(shù),， 手機不太可能用到GaN，主要挑戰(zhàn)有2個,，一個是GaN的成本過高,，另一個是GaN的供電電壓太高,，不適合手機?！辈贿^,，未來通過改進GaN射頻器件仍然有可能應(yīng)用于手機。有業(yè)內(nèi)專家表示：“一種可能是改變氮化鎵的結(jié)構(gòu),。氮化鎵采用的是場效應(yīng)管(FET)結(jié)構(gòu),，而手機功放則是用異質(zhì)雙結(jié)型晶體管(HBT)結(jié)構(gòu)，HBT結(jié)構(gòu)的效率和線性度更好,。氮化鎵射頻器件可以考慮垂直結(jié)構(gòu),，或者加入新的溝道材料和絕緣介質(zhì)，以使其適應(yīng)低電壓的工作環(huán)境,。另外,，氮化鎵工藝必須縮小工藝尺寸。現(xiàn)在氮化鎵工藝尺寸正在從0.25微米至0.5微米向0.15微米轉(zhuǎn)換,，一些領(lǐng)導(dǎo)廠商甚至在嘗試60納米,。只有時間才能檢驗射頻氮化鎵工藝能否適合手機應(yīng)用,，不過射頻氮化鎵工藝已經(jīng)在改變整個格局,。“

因此從長遠的角度看,，GaN將取代傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料用于5G網(wǎng)絡(luò),，低電壓 GaN所提供的效能或?qū)⒉豢杀苊獾剡M入手機設(shè)備。另外,，GaN在高溫環(huán)境中運行的特性也非常適合被動制冷,、汽車等應(yīng)用。成鋼表示：“GaN已成為射頻器件技術(shù)的重要經(jīng)濟力量,，正在瓜分4G應(yīng)用中LDMOS市場的市場份額,。MACOM相信，隨著小基站和5G解決方案向毫米波領(lǐng)域逐漸延伸,，硅基氮化鎵器件技術(shù)的總體市場將顯著擴大,。“筆者認為,，雖然氮化鎵最初是為支持政府軍事和太空項目而開發(fā),，IED干擾器、軍事通訊,、雷達,、電子對抗等應(yīng)用也將讓氮化鎵在國防應(yīng)用市場保持穩(wěn)定增長，但主流商業(yè)市場對這一新技術(shù)的完全接受將使GaN在無線基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用遠超國防應(yīng)用,。

總結(jié)來看,，憑借更高頻率密度,、更高截至頻率及耐高溫等特性，GaN不僅能夠滿足5G射頻前端的需求,，也能夠很好的滿足5G小基站的需求,。不過trapping效應(yīng)需要從應(yīng)用端解決、功耗問題需要從GaN自身去解決,，更為關(guān)鍵的高成本問題則影響著GaN的普及應(yīng)用,。至于在移動設(shè)備中的應(yīng)用，目前受制于成本和電壓的問題應(yīng)用還不現(xiàn)實,，但隨著GaN技術(shù)的進步,，我們有理由相信在5G時代GaN將取代傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料，得到更加廣泛的應(yīng)用,。