射频通信半导体硅基氮化镓(GaN-on-Si)技术解析

MACOM

数十年来，横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)技术在商业应用中的射频半导体市场领域起主导作用。如今，这种平衡发生了转变，硅基氮化镓(GaN-on-Si)技术成为接替传统LDMOS技术的首选技术。
与LDMOS相比，硅基氮化镓的性能优势已牢固确立——它可提供超过70%的功率效率，将每单位面积的功率提高4到6倍，并且可扩展至高频率。同时，综合测试数据已证实，硅基氮化镓符合严格的可靠性要求，其射频性能和可靠性可媲美甚至超越昂贵的碳化硅基氮化镓(GaN-on-SiC)替代技术。

硅基氮化镓成为射频半导体行业前沿技术之时正值商用无线基础设施发展的关键时刻。硅基氮化镓相比于LDMOS技术的性能优势已经过验证，这推动了其在最新一代4G LTE基站中广泛应用，并使其定位为最适合未来5G无线基础设施的实际促技术，其轰动性市场影响可能会远远超出手机连接领域，而将涉足运输、工业和娱乐应用等领域。

展望未来，基于硅基氮化镓的射频技术有望取代旧式磁控管和火花塞技术，充分发挥烹饪、照明和汽车点火等商用固态射频能量应用的价值和潜力，我们相信上述应用的能源/燃料效率以及加热和照明精度将在不久的将来发生质的飞跃。

鉴于5G基础设施扩建将以前所未有的节奏和规模进行，人们越来越关注硅基氮化镓相对于LDMOS和碳化硅基氮化镓的成本结构、制造和快速应对能力以及供应链的灵活性和固有可靠性。作为新一代无线基础设施独一无二的出色半导体技术，硅基氮化镓有望以LDMOS成本结构实现优异的氮化镓性能，并且具备支持大规模需求的商业制造扩展能力。

对于无线网络基础设施，硅基氮化镓技术将经济高效地部署和扩展到4G LTE基站以及大规模MIMO 5G天线领域，其中天线配置的绝对密度对功率和热性能具有极高的价值，特别是在较高频率下。经过适当开发，硅基氮化镓的功率效率优势将对无线网络运营商的基站运营费用产生深远影响。据估计，采用0.1美元/千瓦时的平均能量率模型时，仅将一年内部署的新大型基站转换为硅基氮化镓技术一项便可节省超过1亿美元的费用。

硅基氮化镓从早期研发到商业规模应用的发展历程无疑是一次最具颠覆性的技术革新过程，为射频半导体行业开创了一个新时代，硅基氮化镓技术得独特优势，能够满足未来4G LTE和5G无线基站基础设施对于性能、成本结构、制造能力和供应链灵活性的要求，在固态射频能量应用领域拥有无限潜力，硅基氮化镓提供的射频解决方案具有LDMOS和碳化硅基氮化镓竞争技术无法匹敌的价格/性能指标。