電鏡機(jī)殼安裝拆卸的亞瑟發(fā)現(xiàn)作為第三代化合物半導(dǎo)體的代表，氮化鎵（GaN）具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如高熔點(diǎn)、出色的擊穿能力、更高的電子密度和電子速度，以及更高的工作溫度，且GaN的能隙很寬，達(dá)到3.4eV，具有低導(dǎo)通損耗和高電流密度。
GaN主要用于微波射頻（RF）和功率電子領(lǐng)域。目前，GaN廠商主要有Cree，Efficient Power Conversion Corporation，F(xiàn)ujitsu，GaN Systems，Infineon，NXP，NextGen Power Systems，Qorvo，東芝，Texas Instruments等。Strategy Analytics的市場(chǎng)研究報(bào)告顯示，2020年，基于RF GaN的設(shè)備收入又經(jīng)歷了快速增長(zhǎng)的一年，增長(zhǎng)率達(dá)到30％，突破10億美元大關(guān)。
“基站仍然是RF GaN收入的主要來(lái)源，且增長(zhǎng)= Strategy Analytics高級(jí)半導(dǎo)體應(yīng)用（ASA）和高級(jí)防御系統(tǒng)（ADS）服務(wù)總監(jiān)Eric Higham指出：“去年，華為繼續(xù)在中國(guó)積極部署基站，以緩沖美國(guó)的貿(mào)易制裁。我們可能會(huì)看到短期波動(dòng)，具體取決于中國(guó)的5G部署計(jì)劃，但是RF GaN器件在商業(yè)和國(guó)防應(yīng)用中的基本面仍然強(qiáng)勁，我預(yù)計(jì)到2025年收入將接近20億美元。”
2020年，疫情對(duì)電鏡機(jī)殼安裝拆卸的亞瑟市場(chǎng)產(chǎn)生了短暫影響，意法半導(dǎo)體（ST Microelectronics）和英飛凌（Infineon）等歐洲巨頭曾短暫減產(chǎn)。預(yù)計(jì)在預(yù)測(cè)期內(nèi)，GaN在5G基站制造中的采用將越來(lái)越多，將帶動(dòng)市場(chǎng)增長(zhǎng)。
2020年10月，NXP在其位于美國(guó)亞利桑那州錢(qián)德勒的工廠建設(shè)了一座耗資1億美元的GaN晶圓廠，新工廠將生產(chǎn)6英寸GaN 5G基站射頻功率放大器（PA）。2021年2月，小米Mi GaN充電器Type-C 33W在中國(guó)以79日元（12美元）的價(jià)格推出。這款型號(hào)為AD33G的充電器是GaN在功率電子應(yīng)用的一個(gè)重要標(biāo)志，在中國(guó)掀起了一陣熱潮。
下面分別介紹一下GaN在射頻和功率應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展情況。GaN 在射頻市場(chǎng)更關(guān)注高功率、高頻率場(chǎng)景。由于GaN在高頻下具有較高的功率輸出和較小的面積，已被射頻行業(yè)廣泛采用。隨著5G到來(lái)，GaN在Sub-6GHz宏基站和毫米波（24GHz 以上）小基站中找到了用武之地。在射頻應(yīng)用中，PA是GaN的主戰(zhàn)場(chǎng)。5G對(duì)于設(shè)備性能和功率效率提出了更高的要求，特別是在基站端，基站數(shù)量和單個(gè)基站成本雙雙上漲，這將會(huì)帶來(lái)市場(chǎng)空間的巨大增長(zhǎng)。依據(jù)蜂窩通信理論計(jì)算，要達(dá)到相同的覆蓋率，估計(jì)中國(guó)5G宏基站數(shù)量要達(dá)到約500萬(wàn)個(gè)。2021年電鏡機(jī)殼安裝拆卸的亞瑟5G宏基站PA和濾波器市場(chǎng)將達(dá)到243.1億元人民幣，年均復(fù)合增長(zhǎng)率CAGR為162.31%，2021年電鏡機(jī)殼安裝拆卸的亞瑟4G和5G小基站射頻器件市場(chǎng)將達(dá)到21.54億元人民幣，CAGR為140.61%。
由于基站越來(lái)越多地用到了多天線(xiàn)MIMO技術(shù)，這對(duì)PA提出了更多需求。預(yù)計(jì)到2022年，4G/ 5G基礎(chǔ)用的射頻半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到16億美元，其中，MIMO PA的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到135%，射頻前端模塊的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到 119%。相對(duì)于4G，5G基站用到的PA數(shù)會(huì)加倍增長(zhǎng)。4G基站采用4T4R方案，按照三個(gè)扇區(qū)，對(duì)應(yīng)的射頻PA需求量為12個(gè)，5G基站中，預(yù)計(jì)64T64R將成為主流方案，對(duì)應(yīng)的PA需求量高達(dá)192個(gè)。目前的PA市場(chǎng)，包括基站和手機(jī)端用的，制造工藝主要包括傳統(tǒng)的LDMOS、GaAs，以及新興的GaN。而在基站端，傳統(tǒng)LDMOS工藝用的更多，但是，LDMOS 技術(shù)適用于低頻段，在高頻應(yīng)用領(lǐng)域存在局限性。而為了適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)性能和功率效率的需求，越來(lái)越多地應(yīng)用到了GaN，它能較好地適用于大規(guī)模MIMO。aN具有優(yōu)異的高功率密度和高頻特性。GaAs擁有微波頻率和5V至7V的工作電壓，多年來(lái)一直廣泛應(yīng)用于PA。硅基LDMOS技術(shù)的工作電壓為28V，已經(jīng)在電信領(lǐng)域使用了許多年，但其主要在4GHz以下頻率發(fā)揮作用，在寬帶應(yīng)用中的使用并不廣泛。相比之下，GaN的工作電壓為28V至50V，具有更高的功率密度和截止頻率，在MIMO應(yīng)用中，可實(shí)現(xiàn)高整合性解決方案。
在宏基站PA應(yīng)用中，GaN憑借高頻、高輸出功率的優(yōu)勢(shì)，正在逐漸取代LDMOS；在小基站中，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)仍然以GaAs工藝為主，這是因?yàn)樗邆淇煽啃詢(xún)?yōu)勢(shì)，但隨著GaN器件成本的降低和技術(shù)的提高，GaN PA有望在小基站應(yīng)用中逐步拓展。在手機(jī)端，射頻前端PA還是以GaAs工藝為主，短期內(nèi)還看不到GaN的機(jī)會(huì)，主要原因是成本和高電壓特性，這在手機(jī)內(nèi)難以接受。如前文所述，在射頻應(yīng)用方面，GaN在5G和當(dāng)中的應(yīng)用前也正是因?yàn)槿绱耍?，美?guó)雷神技術(shù)（Raytheon Technologies）公司與晶圓代工廠GlobalFoundries合作，開(kāi)發(fā)和商業(yè)化用于5G和6G RF的硅基氮化鎵（GaN）工藝。為此，雷神公司將其專(zhuān)有的GaN硅技術(shù)授權(quán)給了Globalfoundries，以在佛蒙特州伯靈頓的GF Fab 9工廠開(kāi)發(fā)一種新工藝。據(jù)電鏡機(jī)殼安裝拆卸的亞瑟悉，該GaN工藝技術(shù)將在保持生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)成本的同時(shí)提高RF性能，從而實(shí)現(xiàn)5G和6G RF毫米波工作頻率標(biāo)準(zhǔn)的功率水平和功率效率。