凭借高能效低成本打败SiC，GaN将迎来更多市场新机遇

近几年，环境问题愈发严峻，新能源汽车和再生能源备受推崇，5G商用推进，高功率挑战重重，这也为新材料应用创造了大量的需求，GaN以其禁带更宽和更高的输出阻抗被业界重视，尤其是高性能射频微波领域，如基站、卫星通信等。据权威机构预测，这一市场份额大约97亿美元。

硅基GaN：成本下降，性能超越SiC基GaN
对于消费电子市场来说，目前硅基半导体可以为大部分应用提供足够的性能，而且价格比GaN便宜，因此GaN的大范围推广受到极大的挑战。除此之外，SiC在中低功率市场也与GaN形成竞争。

芯片价格决定于晶圆尺寸，晶圆尺寸越大芯片价格越低，产品也就越有竞争力。目前市场上的硅基LDMOS产品可以做到8寸晶圆，SiC和GaN大部分采用4寸晶圆。如果想要降低GaN的价格就需要扩大晶圆尺寸。

MACOM公司无线产品中心资深总监成钢解释，"我们努力把硅基GaN的晶圆尺寸做到8寸，这样MACOM的单个产品功率密度是LDMOS的4到5倍，这就意味着单品价格会下降5倍，实现了用大量晶圆平均成本。对比SiC，其外延材料品质还达不到6寸或者8寸晶圆的要求，因此成本还会居高不下。"

成钢强调，"我们的硅基GaN性能和SiC基GaN的性能相当，第四代硅基GaN的峰值效率可以提供到70%，LDMOS产品只有60%；在基站上的平均效率可达到60%，LDMOS产品只有54%，SiC基的GaN目前效率可达到58%-59%，由此可见MACOM研发的硅基GaN性能已经超过了SiC基GaN的产品性能，总之，我们用LDMOS的硅基成本结构来提供GaN的性能。未来MACOM的硅基GaN会替代SiC基GaN产品。"

MACOM公司无线产品中心资深总监成钢

4G到5G的转变，少不了GaN的一笔
4G已经商用，5G也在路上。由于全世界都需要高速移动/远程宽带接入，大量增设无线基站成为必然趋势。据统计，随着GaN技术在射频RF中的应用逐渐增多以及LTE基站在中国的广泛部署，射频GaN的市场规模在2015年增长近50%，预计到2020年达到6.9亿美元。但是运营商又希望在提高数据容量的同时，不要能大幅度增加硬件成本。成钢指出，"与LDMOS想比，我们的硅基GaN技术封装更小，功率和能效更高，从而可以提高数据容量，削减运营成本。"

以基站为例，MACOM的硅基GaN产品可以帮助目前的300万个4G基站一年节约23亿人民币的电费；由于体积变小，未来的基站可以安装到街灯上，运营商的成本也会大幅度缩减。在5G通信中，无线基础架构的频宽会扩大到原来的200倍，因此相应的半导体元件能效需要大幅度提高；在5G时代，智能手机支持的制式越来越多，射频前端走向集成化已成为必然，GaN将成为最适合PA的材料，尤其在28GHz以上的频谱。因为毫米波的功率要求非常高，GaN小体积、大功率的特性，未来将有可能应用在PA芯片上。

射频能量：一个让GaN兴奋的市场
GaN也将在射频能量市场有很多应用。比如在固态烹饪市场，越来越多设备开始采用电磁加热，如微波炉、电饭煲、电磁炉等，还有工业照明市场，这些产品数量将会远远超过基站。而SiC因为晶圆尺寸小，成本高而无法支持这样的市场需求，现有的解决方案的痛点是使用寿面有限，这也给GaN带来新的市场机遇。

成钢表示，"在固态烹饪方面，GaN射频晶体管取代现有的磁控管，可明显延长系统使用寿命，稳定输出功率并实现区域可控的加热；在等离子照明方面，基于固态射频能量的等离子照明显著延长了光源的使用寿命，与传统技术相比，能够以更低的成本提高可控性，如现有的路灯灯具、接线和灯架完全兼容基于射频等离子的照明技术。"

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