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MACOM公司助力硅基GaN产品低价入市,加速商用进程

发布时间:2015-11-11 责任编辑:wenwei

【导读】氮化镓(GaN)作为下一代射频微波器件的重要技术,在扩大市场渗透率时一直受限于高成本。日前MACOM公司展示的第四代GaN产品采用硅做衬底,同时还将塑料封装用于硅基GaN器件上,在降低成本的同时提高了10%的效率和4倍的功率密度。加速了GaN器件商用的进程。
 
作为高带隙半导体材料,氮化镓(GaN)被认为是下一代射频微波器件的重要技术。但是一直以来高成本,成为GaN器件扩大市场渗透率的障碍。现在这样的局面有望得到改观。日前,MACOM公司向中国市场展示了其第四代GaN产品,该产品由于采用硅做衬底——以往的GaN通常采用昂贵的SiC做衬底——大大降低了器件的成本。与此同时,MACOM还将塑料封装用于硅基GaN器件上,进一步拉低了整体的成本,预计其成本结构将低于目前市场主流的LDMOS射频微波器件,而其效率比LDMOS器件要高出10%,功率密度也是LDMOS器件的4倍,成本效益明显。
 
MACOM公司射频和微波业务高级副总裁兼总经理Greg Baker分析说,目前全球射频微波器件总市场超过97亿美元,其中高性能射频与微波器件市场容量超过30亿,这也是硅基GaN器件的目标潜在市场。在对目前射频与微波器件的各个细分市场进行分析后,Greg Baker认为除了雷达这个对性能敏感的应用之外,其他几个重要领域都是硅基GaN器件的目标市场。简言之,MARCOM就是希望用硅基GaN器件去替代现有市场主流的LDMOS和GaAs器件,引领技术的更新换代。Greg Baker坦言,目前在传统的GaN市场上,MACOM有10%的份额,但是他们的目标并不是去抢占现有市场,而是通过性价比优势去快速扩大硅基GaN商用范围,在新增市场中扩大自己的领地。
 
图1,在诸多领域,硅基GaN器件可替代现有主流的LDMOS和GaAs器件
图1,在诸多领域,硅基GaN器件可替代现有主流的LDMOS和GaAs器件
 
与LDMOS相比,GaN技术优势十分明显,它具有更高的带宽、频率以及功率密度。在0.25微米工艺下GaN器件频率是LDMOS的4倍;带宽方面,使用GaN时带宽可增加20%,而LDMOS只用3-4%;相较于LDMOS器件 1-2W/mm的功率密度,GaN可达到6-8W/mm。同时,在耐用性方面,GaN的优势同样明显,它具有3.4eV的高带隙,击穿电压超过200V、能够承受更高的输入/输出错配,具有更高的结温,平均无故障工作时间可达100万小时。此外GaN在效率和线性度上也极具优势。因此,一旦在成本上与LDMOS具有可比性,GaN器件市场的成长指日可待。
 
在应用领域方面,测试测量仪表、雷达、射频能量和地面移动无线电是GaN主要的目标市场。Greg Baker认为,由于具有出色的高频特性,因此在4.5G和5G移动通信方面GaN一定会成为主流。值得一提的是,在微波能量领域,尽管目前市场不大,但Greg Baker预测在2020年会有显著增长。“目前我们的GaN产品已经在很多客户的Design-in项目中,2016年会是有突破的一年。” Greg Bake说。
 
之所以在硅基GaN器件的制造工艺上取得突破,MACOM前几年的一系列并购活动起到了至关重要的作用,通过并购NITRONEX公司,MARCOM获得了硅基GaN方面很多核心的技术和IP。Greg Bake介绍,目前硅基GaN器件的前道工序是在MACOM自己的6寸晶圆厂完成的,良率能够达到70-80%,未来为了适应不断增加的市场需求,可以平稳过渡到8寸生产线,以达到产能要求。对于战略性客户,MACOM还将提供长期合同承诺,确保客户的供应链安全。
 
此外,在塑料封装方面,MACOM目前最大的功率可以做到300W,不久将能够达到600W,摆脱陶瓷封装的高成本制约,这也会为硅基GaN器件的市场拓展提供更大的加速度。
 
Greg Bake概括道,MACOM硅基GaN技术的目标就是实现高于LDMOS的性能,低于LDMOS的成本,让GaN器件在高性能射频微波市场大行其道。
 
 
 
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