专访MACOM：硅基氮化镓将在射频微波行业大规模商用

随着设计变得越来越复杂，工程师不断寻找更新的半导体材料。氮化镓（GaN）因为具有更高的饱和电子迁移率和击穿场，以及非常高的热传导性能，近年来已经逐渐稳定立足于射频/微波应用。基于GaN的功率放大器（PA）能够在比硅（Si）或者砷化镓（GaAs）器件高很多的温度下工作，其频率和功率水准也能够实现目前其它任何技术所无法达到的效能。目前对GaN功率半导体器件的研究，无论是在学术界还是工业界，都达到了空前繁盛的阶段。

与其它新技术一样，GaN也存在技术障碍，目前最大的障碍就是成本。现实中，自然形成GaN的条件极为苛刻，而人造GaN的成本则非常高。不仅如此，无论是GaN晶圆生产，还是以GaN为衬底的芯片器件，都需要精密的纳米加工工艺，技术门槛极高，这些都成为GaN大规模应用的制约因素。

近日，高性能模拟射频、微波、毫米波和光电解决方案的供应商MACOM公司的无线产品中心资深总监成钢先生和无线产品解决方案销售经理陶焕磊先生接受了微波射频网记者的采访，介绍了GaN 功率器件的市场前景，以及MACOM第四代硅基GaN产品的优势特点。

硅基GaN技术 解决成本障碍

MACOM近日宣布其第四代GaN产品将以非常好的成本优势在多个应用领域替代横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS）、GaAs和以碳化硅（SiC）为衬底的GaN产品，使得GaN产品大规模商业应用成为可能。

MACOM公司无线产品解决方案销售经理陶焕磊先生介绍道，“MACOM的第四代GaN产品基于硅衬底，效率比LDMOS高10%，功率密度是LDMOS的4倍，预期成本结构也低于LDMOS。在不降低性能指标的前提下，将GaN产品的价格拉低到可与LDMOS进行竞争的水平，因此极具优势。”

“生产SiC基GaN的高附加成本决定了只能由少量产品混合度高但产量低的晶圆厂提供，导致其缺少服务商业规模应用的能力，尤其是满足不了高峰需求。而且SiC是一种相对新兴的材料，在商业规模化应用的时间也比较短，但硅材料却已经拥有六十多年的产业化和发展历史。因此，硅基GaN供应链效率自然更高。硅基GaN将受益于非常低的硅成本结构，与目前的SiC基GaN相比其晶圆成本只有百分之一。MACOM GaN产品线所生产的GaN相关器件，其每瓦特功率的晶圆成本只有相应的LDMOS产品的一半。” 陶焕磊先生进一步说道。

以无线基站/射频微波应用为市场突破口

用于无线基础设施的半导体技术正在经历一场重大的变革，特别是PA市场。LDMOS晶体管在功率放大器领域几十年来的主导地位正在被GaN撼动，这将对无线基站的系统性能和运营成本产生深远的影响。GaN显而易见的技术优势(包括能源效率提高、带宽更宽、功率密度更大、体积更小)使之成为LDMOS的天然继承者服务于下一代基站，尤其是1.8GHz以上的蜂窝频段。

MACOM公司无线产品中心资深总监成钢先生介绍道，“以前SiC基GaN与LDMOS相比价格过高，但是MACOM公司最新的第四代硅基GaN技术(MACOM GaN)使得二者成本结构趋于相当。一个8英寸硅晶圆厂几周的产能便可满足MACOM GaN用于整个射频和微波行业一年的需求。

谈到为什么首先选择无线基站来推广硅基GaN产品时，成钢先生表示：“MACOM公司在无线基础设施应用领域有着几十年的经验和专业知识。无线基站/射频微波市场相比其他GaN市场应用，需要更高的技术支持和市场开发能力，而MACOM研发中心就设立在上海，能更好的提供这方面支持。“成钢透露，MACOM已经在国内和华为、中兴等巨头进行合作，推进硅基GaN在无线基站的开发与应用。

应用于无线基站的MACOM硅基GaN设计样品

比无线基站/射频微波应用更大10倍以上的市场

如今，从事GaN研究工作的人员很少仅仅将它看作是硅或GaAs的替代品，而是看好它作为一种可在新应用中发挥作用的独特材料，特别是它在高频率、高电压和高功率密度的应用领域中极具研究前景。

成钢先生表示：“随着硅基GaN产品生态链的成形，出货量大幅上升，未来MACOM将有可能采用6寸或者更先进的工艺技术，这将进一步提高生产能力、缩减产品成本。除无线基站/射频微波外，MACOM还将硅基GaN产品推向更多商用市场，例如微波炉、汽车点火器、LED照明系统、无线电源、先进医疗MRI成像系统、新能源等领域，低成本硅基GaN潜在应用领域十分庞大。”

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