日前，與 SEMICON CHINA 2020 同期的功率及化合物半導(dǎo)體國(guó)際論壇 2020 在上海隆重舉行，Qorvo FAE 經(jīng)理荀穎也在論壇上發(fā)表了題為《實(shí)現(xiàn) 5G 的關(guān)鍵技術(shù)—— GaN》的演講。

荀穎指出，從 5G 的演進(jìn)來看，不但加大了如 Massive MIMO 等技術(shù)的投入，在頻率方面，Sub-6Ghz 和毫米波的引入，也給相關(guān)供應(yīng)商帶來了新的要求。荀穎表示，在 5G 用例的推動(dòng)下，除了宏基站，市場(chǎng)也對(duì)小基站有了更多的需求。伴隨而來的是推動(dòng)這些基站從頻率、帶寬以及效率等多方面提高。

“對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來說，就希望在 5G 基站方面找到一個(gè)運(yùn)營(yíng)成本，資本支出、可靠性和吞吐率等多個(gè)方面都是最優(yōu)的解決方案，而擁有低功耗、高功率密度和長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)的氮化鎵就成為了開發(fā)者們的選擇”。荀穎說。

她進(jìn)一步表示，氮化鎵是 5G 時(shí)代射頻 PA 材料的一個(gè)不錯(cuò)選擇。

荀穎在會(huì)上強(qiáng)調(diào)，5G 帶給基站射頻 PA 的設(shè)計(jì)帶來了多方便的挑戰(zhàn)：一方面，就是 PA 的線性化變得越來越難；另一方面，就是對(duì) PA 效率的要求也越來越高；此外，信號(hào)帶寬也越來越寬，同時(shí)還需要考慮載波聚合；最后，5G 時(shí)代的 PA 還需要在尺寸和熱方面又了更多的考量。而這些都是氮化鎵材料能夠帶給 PA 的。

從氮化鎵器件的制造看來，目前市場(chǎng)上主流的有硅基氮化鎵和碳化硅基氮化鎵。從荀穎提供的資料可以看到，Qorvo 認(rèn)為碳化硅基氮化鎵在熱耗和可靠性方面的表現(xiàn)都優(yōu)于硅基氮化鎵，為此 Qorvo 選擇了碳化硅基氮化鎵為公司在這個(gè)領(lǐng)域的主要發(fā)展方向。

“碳化硅基氮化鎵也是目前基站應(yīng)用的主流”，荀穎補(bǔ)充說。

來到 PA 方面，碳化硅基氮化鎵也展現(xiàn)出了它的優(yōu)勢(shì)。如下圖所示，碳化硅基氮化鎵的特性。在 PA 的帶寬、效率、功率和熱傳導(dǎo)性方面都有著不錯(cuò)的表現(xiàn)。“因?yàn)檫^去這些年的應(yīng)用推廣，氮化鎵器件的成本也在過去幾年里迅速下滑，非常適合商業(yè)化”，荀穎說。

如下圖所示，Qorvo 的多種碳化硅基氮化鎵工藝多個(gè)版本擁有不同的性能表現(xiàn)，也可以被覆蓋到多個(gè)射頻領(lǐng)域。在生命周期上，優(yōu)于砷化鎵等其他的工藝。在于砷化鎵器件相比，優(yōu)勢(shì)更是明顯。

依賴于自己的工廠和技術(shù)積累，Qorvo 也將這些氮化鎵器件應(yīng)用到了他們的 5G Sub-6Ghz 和毫米波方案中。如下圖所示，氮化鎵方案在 5G 方案能提供更高的集成度、更小的封裝和更大的帶寬。

而在 5G 毫米波方案中，包括氮化鎵在內(nèi)的器件則可以讓產(chǎn)品在更小的空間能實(shí)現(xiàn)更高的功率。此外，效率、功耗、輸出功率和更小的陣列尺寸，也是這些器件能提供的。

從下圖我們則可以看到 GaN 帶給 5G 的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)中包括高功率密度讓 PA 可以做得更小和更高效率。同時(shí)也能給 LNA 和開關(guān)帶來更多的優(yōu)勢(shì)。基于這些器件，開發(fā)者就能實(shí)現(xiàn)更高的集成化，輕松將前端器件集成到一個(gè)獨(dú)立的 MMIC 中。

荀穎表示，毫米波的產(chǎn)品按照功率，可以分成多種形態(tài)，根據(jù)其產(chǎn)品性能的不同，可以用不同工藝下的射頻器件去滿足應(yīng)用需求。從下圖我們也可以看到，在同一的 65dBM EIRP 的情況下，使用硅工藝制造的單個(gè)器件也許在成本和功耗上會(huì)優(yōu)于氮化鎵器件，但如果將其整合到整個(gè)系統(tǒng)中，氮化鎵的優(yōu)勢(shì)就會(huì)凸顯。

在 70dBM EIRP 之下，用不同工藝器件去打造系統(tǒng)得出的數(shù)據(jù)也再次證明了 GaN 器件的實(shí)力。

通過在不同 PA 效率下的對(duì)比，我們又一次說明了 GaN 器件在毫米波應(yīng)用中對(duì)基站的提升。當(dāng)中包括但不限于效率提升、功耗降低、系統(tǒng)復(fù)雜度和成本的降低和 PA 效率的提升。

作為一個(gè) 5G 射頻領(lǐng)域的專家，Qorvo 能夠提供從 90nm 到 0.5um 的 GaN 制造工藝，能夠生產(chǎn)砷化鎵 HBT 和 pHEMT，砷化鎵 BAW、SAW、TC-BAW 和 TC-SAW。以及 RF CMOS 和 SOI 開關(guān)等產(chǎn)品；在封裝方面的表現(xiàn)也不用多說。

得益于這些配置，Qorvo 能夠給客戶大規(guī)模提供符合經(jīng)濟(jì)要求的器件。

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