硅基GaN射频功放：正走向大规模商用

—— 将横扫LDMOS、GaAs、SiC GaN等功放的大部分市场

硅基GaN潜力大

近日，MACOM在京召开新闻发布会，MACOM全球销售高级副总裁黄东铉语出惊人，“由MACOM发明的第四代GaN——硅基GaN，由于成本大为降低，将取代目前的SiC基GaN；由于硅基GaN的效率大大提升，也将取代GaA和LDMOS的大部分市场。”

图1、GaN的巨大潜力

如图1，左图绿饼是目前GaN的市场份额；如果把绿饼看成一张饼，就变成右图，右图的绿饼是目前GaN的市场，而未来潜在GaN射频是占绝大部分的蓝海。

至于上图的左图中，还有这样的补充解释：灰色的手机的功率放大器市场还是会存在的，比如基站、微波点对点回传网络设备的市场。只不过MACOM新的GaN产品针对的市场主要用的是LDMOS和在高频部分用的坤化镓(GaAs)的功率放大器。

另外，MACOM新的GaN产品目标是取代大部分，还有一小部分因为对于性能是最关心的，例如雷达等的应用(如图2)，会采用SiC基GaN。

图2、GaN的目标市场

目前MACOM在GaN市场占有10%的份额，竞争对手有飞思卡尔、NXP、Qorvo等。但是MACOM的杀手锏是第四代GaN，希望以此巩固和开拓新的市场。

第四代GaN揭秘

GaN(氮化镓)，也称为宽带隙半导体。MACOM射频和微波业务高级副总裁兼总经理Greg Baker详细介绍了其第四代产品的特性：100W时，效率超过70%，19dB增益；效率比LDMOS高出10%；功率密度为LDMOS的4倍，预期成本结构地狱LDMOS。

为什么硅基GaN成本能跟LDMOS接近?因为GaN比硅成本要高很多。Greg称，二者硅衬底部分的结构是一样的，但是GaN的管芯(die)成本确实贵。好处在于GaN放大器管芯部分功率密度是LDMOS的4到6倍，所以管芯尺寸远远小于LDMOS的，这样就可以平衡整体的成本。

为什么MACOM能硅基GaN?因为MACOM曾收购了Nitronex硅基GaN功放的公司(图3)，这家公司成立于1999年，专注于硅基GaN功放研发的，到目前为止有超过15年的经验。MACOM是基于Nitronex特殊的技术、经验继续发展硅基GaN功放的产品，拥有很多专利。

图3、收购Nitronex公司，开拓了硅基GaN市场

硅基GaN的生产与产能

关于硅基GaN生产的良率，管芯级的测试是70%到80%的通过率。”随着我们对生产工艺的熟悉，随着生产数量越来越多，我们有更多的经验以后会把通过率再提升一些。”Greg指出。

出货量方面，MACOM现在用6英寸的晶圆来生产GaN管芯(die)，满足现在的需求没有任何问题的。未来，该公司会扩展产能，使用8英寸的晶圆来生产这些产品。

另在针对中国市场方面，MACOM也注意到大功率功放客户需求，特别是中国市场的一些特点可能在短期内会有爆发性的需求。因此MACOM会跟一些主要客户紧密合作，提供长期订单这种操作方式，即可能跟客户配合去做一年的需求和订单计划，这样能保证交货期和总产能能够满足客户的要求。

产品与应用

现在MACOM的硅基GaN塑封最高功率可以达到300W，下一步是600W，1000W的现在还是陶瓷封装的产品。

从应用上来讲，LDMOS转成硅基GaN，还需要加一些元器件，目前不太可能做成pin to pin(引脚-引脚)，因为有一些大功率GaN的产品要用50V的漏极供电电压。LDMOS通常都是28伏。“但客户也有很多经验，一般转成GaN都不会有太大的难度。”

图4、MACOM的GaN的产品系列