【導讀】氮化鎵（GaN）作為下一代射頻微波器件的重要技術，在擴大市場滲透率時一直受限于高成本。日前MACOM公司展示的第四代GaN產品采用硅做襯底，同時還將塑料封裝用于硅基GaN器件上，在降低成本的同時提高了10%的效率和4倍的功率密度。加速了GaN器件商用的進程。
作為高帶隙半導體材料，氮化鎵（GaN）被認為是下一代射頻微波器件的重要技術。但是一直以來高成本，成為GaN器件擴大市場滲透率的障礙。現在這樣的局面有望得到改觀。日前，MACOM公司向中國市場展示了其第四代GaN產品，該產品由于采用硅做襯底——以往的GaN通常采用昂貴的SiC做襯底——大大降低了器件的成本。與此同時，MACOM還將塑料封裝用于硅基GaN器件上，進一步拉低了整體的成本，預計其成本結構將低于目前市場主流的LDMOS射頻微波器件，而其效率比LDMOS器件要高出10%，功率密度也是LDMOS器件的4倍，成本效益明顯。
MACOM公司射頻和微波業務高級副總裁兼總經理Greg Baker分析說，目前全球射頻微波器件總市場超過97億美元，其中高性能射頻與微波器件市場容量超過30億，這也是硅基GaN器件的目標潛在市場。在對目前射頻與微波器件的各個細分市場進行分析后，Greg Baker認為除了雷達這個對性能敏感的應用之外，其他幾個重要領域都是硅基GaN器件的目標市場。簡言之，MARCOM就是希望用硅基GaN器件去替代現有市場主流的LDMOS和GaAs器件，引領技術的更新換代。Greg Baker坦言，目前在傳統的GaN市場上，MACOM有10%的份額，但是他們的目標并不是去搶占現有市場，而是通過性價比優勢去快速擴大硅基GaN商用范圍，在新增市場中擴大自己的領地。
圖1，在諸多領域，硅基GaN器件可替代現有主流的LDMOS和GaAs器件
與LDMOS相比，GaN技術優勢十分明顯，它具有更高的帶寬、頻率以及功率密度。在0.25微米工藝下GaN器件頻率是LDMOS的4倍；帶寬方面，使用GaN時帶寬可增加20%，而LDMOS只用3-4%；相較于LDMOS器件 1-2W/mm的功率密度，GaN可達到6-8W/mm。同時，在耐用性方面，GaN的優勢同樣明顯，它具有3.4eV的高帶隙，擊穿電壓超過200V、能夠承受更高的輸入/輸出錯配，具有更高的結溫，平均無故障工作時間可達100萬小時。此外GaN在效率和線性度上也極具優勢。因此，一旦在成本上與LDMOS具有可比性，GaN器件市場的成長指日可待。
在應用領域方面，測試測量儀表、雷達、射頻能量和地面移動無線電是GaN主要的目標市場。Greg Baker認為，由于具有出色的高頻特性，因此在4.5G和5G移動通信方面GaN一定會成為主流。值得一提的是，在微波能量領域，盡管目前市場不大，但Greg Baker預測在2020年會有顯著增長。“目前我們的GaN產品已經在很多客戶的Design-in項目中，2016年會是有突破的一年。” Greg Bake說。
之所以在硅基GaN器件的制造工藝上取得突破，MACOM前幾年的一系列并購活動起到了至關重要的作用，通過并購NITRONEX公司，MARCOM獲得了硅基GaN方面很多核心的技術和IP。Greg Bake介紹，目前硅基GaN器件的前道工序是在MACOM自己的6寸晶圓廠完成的，良率能夠達到70-80%，未來為了適應不斷增加的市場需求，可以平穩過渡到8寸生產線，以達到產能要求。對于戰略性客戶，MACOM還將提供長期合同承諾，確保客戶的供應鏈安全。
此外，在塑料封裝方面，MACOM目前最大的功率可以做到300W，不久將能夠達到600W，擺脫陶瓷封裝的高成本制約，這也會為硅基GaN器件的市場拓展提供更大的加速度。
Greg Bake概括道，MACOM硅基GaN技術的目標就是實現高于LDMOS的性能，低于LDMOS的成本，讓GaN器件在高性能射頻微波市場大行其道。
