【導讀】氮化鎵技術將繼續在國防和電信市場提供高性能和高效率。射頻應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地位，但它的出現將影響供應鏈，并可能影響未來的電信技術。
氮化鎵技術將繼續在國防和電信市場提供高性能和高效率。射頻應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地位，但它的出現將影響供應鏈，并可能影響未來的電信技術。
1990年代，美國國防部認識到，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，并能減小系統尺寸。隨著電信基礎設施頻率和基站型號的擴展，這兩項能力都是必需的。這些功率和效率優勢使其在國防領域得到廣泛應用，其中碳化硅基氮化鎵可應對機載雷達等高功率應用中的熱調節挑戰。
國防仍是射頻氮化鎵市場最大的應用領域之一。與此同時，RF GaN已開始被衛星通信市場所采用，與其他材料相比，RF GaN的高效率使器件尺寸更小，從而在系統層面釋放出寶貴的空間。Yole的RF GaN 2023報告預測，從2022年到2028年，國防和衛星通信領域的年均增長率將分別達到13%和18%。這將推動國防市場達到約10億美元，而衛星通信市場將在2028年達到約2.7億美元。Yole對射頻氮化鎵收入和細分市場的預測見圖1。
圖1 2022年至2028年射頻GaN器件收入預測和細分。資料來源：RF GaN 2023 report, Yole Intelligence, 2023。
電信基礎設施中的射頻氮化鎵
2023年，主流的氮化鎵技術采用碳化硅襯底。這種成熟的技術在6GHz以下頻率表現出卓越的特性，如更高的功率增加效率、熱傳導性和功率密度。華為于2015年首次推出并于2020年開始量產用于4G基站的碳化硅基氮化鎵。從那時起，電信應用的射頻GaN通過推動對具有成本優勢的6英寸SiC晶圓的需求，已經發展成為一個龐大的市場。SEDI、Wolfspeed、NXP和Qorvo等世界各地的公司進行了大量投資，以確保碳化硅基氮化鎵在其目標應用中占據主導地位，并取代其對應的Si LDMOS。圖2顯示了各種射頻功率技術在電信基礎設施市場份額的預期變化。
圖2 2023年射頻GaN在電信基礎設施市場的滲透率。資料來源：RF GaN 2023 report, Yole Intelligence, 2023。
4G微站和宏站主要基于遠端射頻頭(RRH)，RRH將基站的射頻鏈和模數轉換組件與多達8個輸出功率高達100W的多路功率放大器(PA)集成在一起。隨著4G時代的結束，預計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轉向64×64大規模MIMO（mMIMO），并采用有源天線系統（AAS）取代RRH。除了增加功率放大器的數量外，這種架構預計將降低每個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據流量的同時降低功耗。圖3顯示了5G電信基礎設施的演進愿景。
圖3 電信基礎設施系統的發展趨勢。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7GHz的頻率要求，LDMOS的市場份額預計將下降。短期內，隨著印度等新區域市場在建設電信基礎設施時采用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，預計射頻氮化鎵技術將面臨與SiGe和InP等其他材料更激烈的競爭。
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