中國粉體網訊 由于氮化鎵半導體在低功耗、小尺寸等方面具有獨特的優勢，近年來在功率器件市場大受歡迎。無論是在功率，還是RF應用領域，它都代表著高功率和高性能應用場景的未來，將在很大程度上替代砷化鎵和LDMOS。
然而，其居高不下的成本使得氮化鎵技術的應用受到很多限制。于是，碳化硅基氮化鎵與硅基氮化鎵器件的出現為氮化鎵半導體技術發展注入了新的活力。到2026年，RF GaN器件市場預計將超過24億美元。目前GaN-on-SiC（碳化硅基氮化鎵）和GaN-on-Si（硅基氮化鎵）之間的的技術和生產競爭已經出現。
碳化硅基氮化鎵主導，硅基氮化鎵緊跟
在RF GaN行業，一切都是從碳化硅基氮化鎵技術開始的，它在20多年前即已推出，現已成為RF功率應用方面LDMOS和GaAs的有力競爭者。除了軍用雷達領域的深度滲透，它還是華為、諾基亞、三星等電信原始設備制造商（OEM）5G大規模MIMO基礎設施的首選。隨著全球加速5G部署，碳化硅基氮化鎵有望在不久的將來取代硅基LDMOS在射頻市場的主導地位。據Yole預計，到2026年，GaN射頻市場將達到24億美元，2020-2026年復合年增長率為18%。其中，碳化硅基氮化鎵射頻市場預計達到22億美元以上，預測期內復合年增長率為17%。
作為一個主要挑戰者，硅基氮化鎵商用仍在起步階段，有望提供經濟高效和可擴展的解決方案。盡管截至2021年第二季度其市場容量很小，但硅基氮化鎵PA（功率放大器）憑借大帶寬和小尺寸吸引了智能手機OEM。隨著創新廠商的重大技術進步，一些低于6GHz的5G手機型號很可能很快采用，無疑將是硅基氮化鎵的一個里程碑。
兩條技術路線，誰能在5G時代勝出
碳化硅基氮化鎵結合了碳化硅優異的導熱性和氮化鎵高功率密度和低損耗能力，襯底上的器件可在高電壓和高漏極電流下運行，結溫將隨RF功率緩慢升高，RF性能更好，但價格明顯高于硅基氮化鎵。
硅基氮化鎵生長速度較快，較容易擴展到8英寸晶圓；受限于襯底，目前仍是4英寸和6英寸晶圓，8英寸還沒有商用。
碳化硅基氮化鎵引領商用
目前業界超過95％商用RF GaN器件在采用碳化硅基氮化鎵工藝。在RF應用方面，Cree（Wolfspeed）實力最強，Cree在RF領域主要走碳化硅基氮化鎵路線，2019年5月，它在美國北卡羅萊納州擴建了一座先進自動化8英寸碳化硅晶圓工廠及一座材料超級工廠，以此提升其碳化硅晶圓尺寸和市占率，并將碳化硅基氮化鎵先進磊晶（Epitaxial）技術進一步應用于功率及RF元件。
硅基氮化鎵的后來之勢
英特爾和MACOM是目前最活躍的RF GaN專利申請者，主要聚焦硅基氮化鎵技術路線。
2018年，MACOM和意法半導體（ST）合作將硅基氮化鎵引入主流RF市場和應用，ST6英寸平臺的制造規模、供應安全性和波涌產能與MACOM硅基氮化鎵RF功率產品組合可滿足主流消費、汽車和無線基站項目需求。MACOM在ST制造的硅晶圓上開發GaN器件，硅基氮化鎵的預期突破性成本結構和功率密度將使4G/LTE和大規模MIMO5G天線成為可能。合作提高了硅基氮化鎵產能，通過擴大晶圓供應支持5G無線網絡建設，實現硅基氮化鎵的成本優勢、規模經濟和產業化，滿足全球5G網絡建設的需求。在擴大MACOM貨源的同時，ST也可以在手機、無線基站和相關商業電信基礎設施應用以外的RF市場制造和銷售自己的硅基氮化鎵產品。
不管是碳化硅基氮化鎵，還是硅基氮化鎵，整個行業都在加速從4英寸到6英寸，甚至8英寸的演變，率先發生的應該是比較成熟和已經大規模商用的碳化硅基氮化鎵技術。此外，頭部企業也在探索金剛石基氮化鎵器件技術。
參考來源：
[1]立厷.RF應用：碳化硅基PK硅基氮化鎵
[2]高規格的痛苦面具，GaN-On-SiC的未來.集微網
[3]碳化硅基PK硅基氮化鎵：誰是半導體應用的贏家？.維科網
（中國粉體網編輯整理/山川）
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