半導體行業(yè)在摩爾定律的“魔咒”下已經狂奔了50多年，一路上挾風帶雨，好不風光。不過隨著半導體工藝的特征尺寸日益逼近理論極限，摩爾定律對半導體行業(yè)的加速度已經明顯放緩。未來半導體技術的提升，除了進一步榨取摩爾定律在制造工藝上最后一點“剩余價值”外，尋找硅（Si）以外新一代的半導體材料，也就成了一個重要方向。在這個過程中，氮化鎵（GaN）近年來作為一個高頻詞匯，進入了人們的視野。 GaN和SiC同屬于第三代高大禁帶寬度的半導體材料，和第一代的Si以及第二代的GaAs等前輩相比，其在特性上優(yōu)勢突出。由于禁帶寬度大、導熱率高，GaN器件可在200℃以上的高溫下工作，能夠承載更高的能量密度，可靠性更高；較大禁帶寬度和絕緣破壞電場，使得器件導通電阻減少，有利與提升器件整體的能效；電子飽和速度快，以及較高的載流子遷移率，可讓器件高速地工作。因此，利用GaN人們可以獲得具有更大帶寬、更高放大器增益、更高能效、尺寸更小的半導體器件，這與半導體行業(yè)一貫的“調性”是吻合的。與GaN相比，實際上同為第三代半導體材料的SiC的應用研究起步更早，而之所以GaN近年來更為搶眼，主要的原因有兩點。首先，GaN在降低成本方面顯示出了更強的潛力。目前主流的GaN技術廠商都在研發(fā)以Si為襯底的GaN的器件，以替代昂貴的SiC襯底。有分析預測到2019年GaN MOSFET的成本將與傳統(tǒng)的Si器件相當，屆時很可能出現(xiàn)一個市場拐點。并且該技術對于供應商來說是一個有吸引力的市場機會，它可以向它們的客戶提供目前半導體工藝材料可能無法企及的性能。其次，由于GaN器件是個平面器件，與現(xiàn)有的Si半導體工藝兼容性強，這使其更容易與其他半導體器件集成。比如有廠商已經實現(xiàn)了驅動IC和GaN開關管的集成，進一步降低用戶的使用門檻。正是基于GaN的上述特性，越來越多的人看好其發(fā)展的后勢。特別是在幾個關鍵市場中，GaN都表現(xiàn)出了相當?shù)臐B透力。

　　1、GaN在5G方面的應用

　　射頻氮化鎵技術是5G的絕配，基站功放使用氮化鎵。氮化鎵（GaN）、砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）是射頻應用中常用的半導體材料。與砷化鎵和磷化銦等高頻工藝相比，氮化鎵器件輸出的功率更大；與LDCMOS和碳化硅（SiC）等功率工藝相比，氮化鎵的頻率特性更好。氮化鎵器件的瞬時帶寬更高，這一點很重要，載波聚合技術的使用以及準備使用更高頻率的載波都是為了得到更大的帶寬。與硅或者其他器件相比，氮化鎵速度更快。GaN可以實現(xiàn)更高的功率密度。對于既定功率水平，GaN具有體積小的優(yōu)勢。有了更小的器件，就可以減小器件電容，從而使得較高帶寬系統(tǒng)的設計變得更加輕松。射頻電路中的一個關鍵組成是 PA（Power Amplifier，功率放大器）。從目前的應用上看，功率放大器主要由砷化鎵功率放大器和互補式金屬氧化物半導體功率放大器（CMOS PA）組成，其中又以GaAs PA為主流，但隨著5G的到來，砷化鎵器件將無法滿足在如此高的頻率下保持高集成度。于是，GaN成為下一個熱點。氮化鎵作為一種寬禁帶半導體，可承受更高的工作電壓，意味著其功率密度及可工作溫度更高，因而具有高功率密度、低能耗、適合高頻率、支持寬帶寬等特點。

　　高通公司總裁Cristiano Amon 在2018 高通4G / 5G 峰會上表示：預計明年上半年和年底圣誕新年檔期將會是兩波5G 手機上市潮，首批商用5G 手機即將登場。據(jù)介紹，5G 技術預計將提供比目前的4G 網絡快10 至100 倍的速度，達到每秒千兆的級別，同時能夠更為有效地降低延遲。在5G的關鍵技術Massive MIMO應用中，基站收發(fā)信機上使用大數(shù)量（如32/64等）的陣列天線來實現(xiàn)了更大的無線數(shù)據(jù)流量和連接可靠性，這種架構需要相應的射頻收發(fā)單元陣列配套，因此射頻器件的數(shù)量將大為增加，器件的尺寸大小很關鍵，利用 GaN的尺寸小、效率高和功率密度大的特點可實現(xiàn)高集化的解決方案，如模塊化射頻前端器件。同時在5G毫米波應用上，GaN的高功率密度特性在實現(xiàn)相同覆蓋條件及用戶追蹤功能下，可有效減少收發(fā)通道數(shù)及整體方案的尺寸。實現(xiàn)性能成本的最優(yōu)化組合。