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          氮化鎵在射頻電子中的應用

          作者:本站收錄
          來源:RF技術社區
          日期:2021-06-28 09:23:56
          摘要:近年來,因為 5G 的應用,大家對射頻氮化鎵的關注度日益提升。
          關鍵詞:氮化鎵射頻電子

          近年來,因為 5G 的應用,大家對射頻氮化鎵的關注度日益提升。

          Qorvo 方面也認為,GaN 非常適合提供毫米波領域所需的高頻率和寬帶寬。它可以滿足性能和小尺寸要求,如下圖所示。使用毫米波頻段的應用需要高度定向的波束形成技術(波束形成將無線電信號聚焦成強指向性的波束,從而提高功率并最大限度地減少用戶設備上的干擾)。這意味著 RF 子系統將需要大量有源元件來驅動相對緊湊的孔徑。GaN 非常適合這些應用,因為以小封裝尺寸提供強大性能是其最顯著的特點之一。


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          而根據國際知名分析機構 Yole 在 6 月初的一份報告,氮化鎵射頻產業始于碳化硅基氮化鎵技術。Yole 進一步指出,碳化硅基氮化鎵技術于 20 年前問世,如今已在射頻功率應用領域成為 LDMOS 和砷化鎵的主要競爭對手。

          據 Yole 介紹,除了在雷達中的深度滲透,碳化硅基氮化鎵也一直是電信 OEM 的選擇,如華為、諾基亞和三星都在其 5G 大規模 MIMO 基礎設施中選用了這項技術。碳化硅基氮化鎵技術的高帶寬和高效率使之在 5G 市場上不斷搶占 LDMOS 的份額,而且 6 英寸晶圓平臺過渡帶給它的益處也開始顯現。

          在此背景下,Yole 預測,碳化硅基氮化鎵器件市場在 2020 到 2026 間將以 17% 的 CAGR 增長,預期整體規模在 2026 年將達到 22 億美元以上。

          在射頻氮化鎵市場,除了碳化硅基氮化鎵以外,硅基氮化鎵也是另一個選擇。

          Yole 專門從事化合物半導體與新興基板業務的技術與市場分析師 Poshun Chiu 也指出,作為關鍵的挑戰者,硅基氮化鎵仍具有競爭力,有望帶來具有成本效益和可擴展性的解決方案。他同時強調,盡管硅基氮化鎵 PA 在 2021 年第二季度其市場體量還很小,但其大帶寬和小尺寸的優勢吸引了多家智能手機 OEM。隨著創新型競爭企業的重大技術進步,這項技術可能很快就會在一些低于 sub-6GHz 5G 手機中被采用。這無疑將標志著硅基氮化鎵射頻產業的一個里程碑。

          據 Yole 的數據預測,近期代工廠的加入以及與新興功率電子硅基氮化鎵產業的協同效應也有助于硅基氮化鎵射頻保持長期發展勢頭。在手機以及國防和 5G 電信基礎設施應用的推動下,在 2020 到 2026 年間,硅基氮化鎵器件市場將以 86% 的 CAGR 增長,預期規模將在 2026 年達到 1.73 億美元。


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          Yole 進一步指出,整個 GAN RF 市場的價值在 2020 年已達到 8.91 億美元。在 2020 到 2026 年間,年復合增長率會高達 18%。從市場上看,GaN RF 器件市場將由 5G 電信基礎設施和國防應用主導,截至 2026 年這兩者在整個市場中所占份額將分別為 41% 和 49%。他們同時強調,在 5G 電信和國防領域的推動下,Gan-on-SiC 技術在高功率密度和導熱性方面仍然更受青睞。

          針對這兩種不同的氮化鎵產品,Qorvo 無線基礎設施及國防產品高性能解決方案事業部總經理 Roger Hall 在早些年接受《微波雜志》采訪的時候,也發表過他的觀點。

          Roger Hall 強調,Qorvo 并不反對硅基氮化鎵,但是公司更傾向于碳化硅基氮化鎵是將來的發展方向。因為公司相信將來如果產量上去的話,成本是能夠降下來的。

          此外,Roger Hall 表示,考慮成本時不應只考慮 GaN 自身的成本,而應考慮包含 GaN 的模塊或子系統的總成本,包括裸片、封裝、測試、配套組件、集成等。因為大多數產品都是集成式的模塊,而不是單獨的東西。

          “所以我們覺得整體成本是多個元件加起來的成本。如果這樣算,我們認為碳化硅基氮化鎵的總成本還會降低,而且它在效率還有技術性能方面也都非常優異,相對于硅基氮化鎵,散熱性能也更好,效率就會因此變得更高。這對于用戶來說是非常有價值的。另外碳化硅基氮化鎵的尺寸也更小,節約了系統空間?!盧oger Hall 接著說。

          作為領先的射頻方案供應商,Qorvo 在氮化鎵方面也有廣泛的布局。

          據 Qorvo FAE 經理荀穎在 Semicon China 2020 同期功率及化合物半導體國際論壇 2020 上介紹,從工藝的角度來看,目前,Qorvo 可以提供從 90 納米到 0.56 微米的氮化鎵制造工藝。以高電壓低頻率范圍舉例,Qorvo 的 0.25μm 高壓技術(即 QGaN25HV)開始發揮作用。QGaN25HV 使我們能夠通過 0.25μm 器件升高至 48V,實現高增益和功率效率。QGaN25HV 非常適合邁向 6GHz 的 5G 基站。


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