技術：硅基氮化鎵，5G時代的倚天劍

　　數十年來，橫向擴散金屬氧化物半導體(LDMOS)技術在商業應用中的射頻半導體市場領域起主導作用。如今，這種平衡發生了轉變，硅基氮化鎵(GaN-on-Si)技術成為接替傳統LDMOS技術的首選技術。

　　與LDMOS相比，硅基氮化鎵的性能優勢已牢固確立——它可提供超過70%的功率效率，將每單位面積的功率提高4到6倍，并且可擴展至高頻率。同時，綜合測試數據已證實，硅基氮化鎵符合嚴格的可靠性要求，其射頻性能和可靠性可媲美甚至超越昂貴的碳化硅基氮化鎵(GaN-on-SiC)替代技術。

　　硅基氮化鎵器件工藝能量密度高、可靠性高，晶圓可以做得很大，目前在8英寸，未來可以做到10英寸、12英寸，晶圓的長度可以拉長至2米。硅基氮化鎵器件具有擊穿電壓高、導通電阻低、開關速度快、零反向恢復電荷、體積小和能耗低、抗輻射等優勢。理論上相同擊穿電壓與導通電阻下的芯片面積僅為硅的千分之一，目前能做到十分之一。

　　如果說硅基氮化鎵器件有什么缺點，那就是單品的價格偏貴。但據我們了解，使用了這種器件后，所需要的配套外圍電子元件、冷卻系統成本大幅降低。雖然論單個器件成本，氮化鎵比硅基器件貴，但是論系統整體成本，氮化鎵與硅基器件的成本差距已經非常小，在大規模量產后可實現比硅器件更高性能與更低成本。

　　鑒于5G基礎設施擴建將以前所未有的節奏和規模進行，人們越來越關注硅基氮化鎵相對于LDMOS和碳化硅基氮化鎵的成本結構、制造和快速應對能力以及供應鏈的靈活性和固有可靠性。作為新一代無線基礎設施獨一無二的出色半導體技術，硅基氮化鎵有望以LDMOS成本結構實現優異的氮化鎵性能，并且具備支持大規模需求的商業制造擴展能力。

　　日前，意法半導體和MACOM聯合宣布將硅基氮化鎵技術引入主流射頻市場和應用領域的計劃，這標志著氮化鎵供應鏈生態系統的重要轉折點。這次合作有望使硅基氮化鎵技術經濟高效地部署和擴展到4G LTE基站以及大規模MIMO 5G天線領域。

　　其中天線配置的絕對密度對功率和熱性能具有極高的價值，特別是在較高頻率下。經過適當開發，硅基氮化鎵的功率效率優勢將對無線網絡運營商的基站運營費用產生深遠影響。

　　無獨有偶，意法半導體和CEA Tech旗下之研究所Leti宣布合作研發硅基氮化鎵(GaN)功率切換元件制造技術。該硅基氮化鎵功率技術將讓意法半導體滿足高效能、高功率的應用需求，包括混動和電動汽車車載充電器、無線充電和伺服器。

　　而這次合作計劃之重點是在200mm晶圓上開發和驗證制造先進硅基氮化鎵架構的功率二極體和電晶體。研究公司HIS預測，該市場將在2024年前將保持超過20%的年復合成長率。意法半導體和Leti利用IRT奈米電子研究所的框架計劃，在Leti的200mm研發線上開發制程技術，預計在2019年完成可供驗證的工程樣品。同時，意法半導體還將建立一條高品質生產線，包括GaN/Si異質磊晶制程，并計劃2020年前在法國圖爾前段制程晶圓廠進行首次生產。

　　硅基氮化鎵從早期研發到商業規模應用的發展歷程無疑是一次最具顛覆性的技術革新過程，為射頻半導體行業開創了一個新時代。