硅基GaN射頻功放：正走向大規模商用

　　硅基GaN潛力大

　　近日，MACOM在京召開新聞發布會，MACOM全球銷售高級副總裁黃東鉉語出驚人，“由MACOM發明的第四代GaN——硅基GaN，由于成本大為降低，將取代目前的SiC基GaN;由于硅基GaN的效率大大提升，也將取代GaA和LDMOS的大部分市場。”

　　圖1 GaN的巨大潛力

　　如圖1，左圖綠餅是目前GaN的市場份額;如果把綠餅看成一張餅，就變成右圖，右圖的綠餅是目前GaN的市場，而未來潛在GaN射頻是占絕大部分的藍海。

　　至于上圖的左圖中，還有這樣的補充解釋：灰色的手機的功率放大器市場還是會存在的，比如基站、微波點對點回傳網絡設備的市場。只不過MACOM新的GaN產品針對的市場主要用的是LDMOS和在高頻部分用的坤化鎵(GaAs)的功率放大器。

　　另外，MACOM新的GaN產品目標是取代大部分，還有一小部分因為對于性能是最關心的，例如雷達等的應用(如圖2)，會采用SiC基GaN。

　　圖2 GaN的目標市場

　　目前MACOM在GaN市場占有10%的份額，競爭對手有飛思卡爾、NXP、Qorvo等。但是MACOM的殺手锏是第四代GaN，希望以此鞏固和開拓新的市場。

　　第四代GaN揭秘

　　GaN(氮化鎵)，也稱為寬帶隙半導體。MACOM射頻和微波業務高級副總裁兼總經理Greg Baker詳細介紹了其第四代產品的特性：100W時，效率超過70%，19dB增益;效率比LDMOS高出10%;功率密度為LDMOS的4倍，預期成本結構地獄LDMOS。

　　為什么硅基GaN成本能跟LDMOS接近?因為GaN比硅成本要高很多。Greg稱，二者硅襯底部分的結構是一樣的，但是GaN的管芯(die)成本確實貴。好處在于GaN放大器管芯部分功率密度是LDMOS的4到6倍，所以管芯尺寸遠遠小于LDMOS的，這樣就可以平衡整體的成本。

　　為什么MACOM能硅基GaN?因為MACOM曾收購了Nitronex硅基GaN功放的公司(圖3)，這家公司成立于1999年，專注于硅基GaN功放研發的，到目前為止有超過15年的經驗。MACOM是基于Nitronex特殊的技術、經驗繼續發展硅基GaN功放的產品，擁有很多專利。

　　圖3 收購Nitronex公司，開拓了硅基GaN市場

　　硅基GaN的生產與產能

　　關于硅基GaN生產的良率，管芯級的測試是70%到80%的通過率。”隨著我們對生產工藝的熟悉，隨著生產數量越來越多，我們有更多的經驗以后會把通過率再提升一些。”Greg指出。

　　出貨量方面，MACOM現在用6英寸的晶圓來生產GaN管芯(die)，滿足現在的需求沒有任何問題的。未來，該公司會擴展產能，使用8英寸的晶圓來生產這些產品。

　　另在針對中國市場方面，MACOM也注意到大功率功放客戶需求，特別是中國市場的一些特點可能在短期內會有爆發性的需求。因此MACOM會跟一些主要客戶緊密合作，提供長期訂單這種操作方式，即可能跟客戶配合去做一年的需求和訂單計劃，這樣能保證交貨期和總產能能夠滿足客戶的要求。

　　產品與應用

　　現在MACOM的硅基GaN塑封最高功率可以達到300W，下一步是600W，1000W的現在還是陶瓷封裝的產品。

　　從應用上來講，LDMOS轉成硅基GaN，還需要加一些元器件，目前不太可能做成pin to pin(引腳-引腳)，因為有一些大功率GaN的產品要用50V的漏極供電電壓。LDMOS通常都是28伏。“但客戶也有很多經驗，一般轉成GaN都不會有太大的難度。”

　　圖4 MACOM的GaN的產品系列