GaN将成PA主流技术，这家美国公司恐成最大赢家

如今，电子业正迈向4G的终点、5G的起点。 后者发展上仍有不少进步空间，但可以确定，新一代无线电网络势必需要更多组件、更高频率做支撑，可望为芯片商带庞大商机--特别是对RF功率半导体供货商而言。 对此，市研机构Yole于7月发布「2017年RF功率市场与科技报告」指出，RF功率市场近期可望由衰转盛，并以将近二位数的年复合成长率（GAGR）迅速成长；同时，氮化镓（GaN）将逐渐取代横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS），成为市场主流技术。

拜电信基站升级、小型基地台逐渐普及所赐，RF功率市场可望脱离2015年以来的低潮，开始蓬勃发展--报告指出，整体市场营收到2022年底则有望暴增75%之多，2016~2022年间CAGR将达9.8%；其中，占电信基础设施近一半比重的基站、无线回程网络等相关组件，同一时段CAGR各为12.5%、5.3%。 再者，鉴于效能较高、体积较小且稳定性较佳，砷化镓（GaAs）、GaN等固态技术将在国防应用上逐渐取代真空管，提供RF功率组件更多发展机会。 Yole预期，此部分营收至2022年将成长20%，2016~2022年间CAGR达4.3%。

技术方面，受与日俱增的信息流量、更高操作频率与带宽等需求驱使，GaN组件使用越来越普遍，正于电信大型基站、雷达/航空用真空管与其它宽带应用上取代LDMOS组件，现已占据整体20%营收以上。 针对未来网络设计，Yole表示，GaN之于载波聚合（CA）、多输入多输出（MIMO）等新科技，效能与带宽上双双较LDMOS具优势。 此外，得力于在行动网络产业发展得当，GaAs技术已成熟到能进入市场，可望在国防、有线电视等应用上稳占一席之地。

GaN 晶体结构

此报告估计，GaN将于未来5~10年成为3W以上RF功率应用的主流技术，GaAs基于其稳定性与不错的性价比，也得以维持一定比重；至于LDMOS部分则将继续衰退，市场规模跌至整体15%，然考虑到其高成熟性与低成本等，短期内在RF功率市场仍不至面临淘汰。

络达科技技术长林珩之表示，5G基地台的功率放大器将会以砷化镓与氮化镓制程为主，因其是功率主导（Power Handle），并以表现度为主要衡量指针。 但这样的制程需更多的校准（Calibration）程序，成本会比较高。 不过，基地台的整体数量相较于手机应用是比较少的，因此即便其成本略高，仍在客户能接受的范围内。

林珩之指出，功率主导的特性，更将促使氮化镓比砷化镓来得更有优势，因频率更高，往往得靠氮化镓才有办法做到。 到了5G时代，氮化镓将很有机会取代横向扩散金属氧化物半导体（Lateral Diffused MOS， LDMOS）。

而在手机功率放大器部分，目前2G是以互补式金属氧化物半导体（CMOS）制程为主，3G、4G则是砷化镓制程，5G因为高频的关系，络达十分看好氮化镓制程，该技术同时还能让电压撑得更久。

林珩之分析，未来5G时代，手机功率放大器采用的半导体制程，预估将会是砷化镓/氮化镓占一半、CMOS占一半。 小于6GHz频段的半导体技术，会是以砷化镓与氮化镓制程为主，因天线与电磁波的波长是成正比的，且高频的天线比较大，也就须采用高功率的技术来达成，因此很有机会变成砷化镓与氮化镓制程的天下。

林珩之进一步指出，氮化镓制程有办法支撑很高的功率，这是CMOS无法做到的。 除非5G技术有办法运用小功率在空中进行融合，CMOS制程才会有机会涵盖到这部分的市场。 但在5G mmWave频段，则会是以CMOS制程为主。 林珩之进一步表示，因mmWave频段采用的天线比较小，就会是以CMOS制程为主，像是CPU、GPU、ASIC等，该制程与化合物半导体很不相同，价格会比砷化镓/氮化镓制程来得低。

此外，CMOS制程的应用领域也比较宽广，目前在交换器（Switch）上便使用得相当广泛，而采用氮化镓制程的交换器就比较难做，因其是属于双极性接面型晶体管（Bipolar Junction Transistor， BJT）。 物联网这类以价格为主要驱动的应用，由于对功率的要求比较低，也会是CMOS制程所能发挥的地方。

GaN 在射频应用中脱颖而出的三大原因

镓 （Ga） 是一种化学元素，原子序数为 31。镓在自然界中不存在游离态，而是锌和铝生产过程中的副产品。

GaN 化合物由镓原子和氮原子排列构成，最常见的是纤锌矿晶体结构。纤锌矿晶体结构（如下图所示）呈六方形，通过两个晶格常数（图中标记为 a 和 c）来表征。

在半导体领域，GaN 通常是高温下（约为 1，100°C）在异质基板（射频应用中为碳化硅 ［SiC］，电源电子应用中为硅 ［Si］）上通过金属有机物化学气相淀积 （MOCVD） 或分子束外延 （MBE） 技术而制成。

GaN-on-SiC 方法结合了 GaN 的高功率密度功能与 SiC 出色的导热性和低射频损耗。这就是 GaN-on-SiC 成为高功率密度射频应用合并选择的原因所在。如今，GaN-on-SiC 基板的直径可达 6 英寸。

GaN-on-Si 合并的热学性能则低得多，并且具有较高的射频损耗，但成本也低很多。这就是 GaN-on-Si 成为价格敏感型电源电子应用合并选择的原因所在。如今，GaN-on-Si 基板的直径可达 12 英寸。

那么，为何 GaN 在射频应用中优于其他半导体呢？

相比 Si 和 GaAs 等其他半导体，GaN 是一种相对较新的技术，但它已然成为某些高射频、大功耗应用的技术之选，比如需要长距离或以高端功率水平传输信号的应用（如雷达、基站收发器 ［BTS］、卫星通信、电子战 ［EW］ 等）。