江苏龙网

  1. 首页 > 资讯 > 科技 > >

5G手机|化合物半导体GaAs、GaN、SiC的技术优势和应用领域分析


前言：Si是应用最广泛的半导体材料 ， 但无法突破高温、高功率、高频等瓶颈 。 二元系化合物半导体材料GaAs/GaN/SiC具备高功率密度、低能耗、抗高温、高发光效率等特性 ， 能弥补Si材料的不足 ， 在射频、功率器件、光电子及国防军工等应用领域优势显著 。
本文全面介绍了GaAs/GaN/SiC的技术优势和在5G、新能源汽车等各个新兴领域的应用 。
1.化合物半导体性能优势显著 ， 有望迎来快速渗透
1.1GaAs/GaN/SiC优势显著 ， 应用领域定位不同
常用的半导体材料分为元素半导体和化合物半导体 。 元素半导体是由单一元素制成的半导体材料 。 主要有硅、锗、硒等 ， 以硅、锗应用最广 。 化合物半导体分为二元系、三元系、多元系和有机化合物半导体 。 二元系化合物半导体有Ⅲ-Ⅴ族（如砷化镓、磷化镓、碳化硅等） 。
硅（Si）是较早且也是应用最为广泛的半导体材料 。 最早半导体晶体管采用的是锗（Ge）基材料 ， 但是由于Ge储量少、提纯难度大等原因 ， 逐步被Si所替代 。 Si因为储量丰富、技术成熟、成本低等特点 ， 成为应用最广的半导体材料 ， 目前广泛被应用在各类分立器件和集成电路、电子信息网络工程等领域 ， 但是在高频、高温、高压、光学等应用领域 ， 二元系化合物半导体材料则更具优势 。
二元系化合物半导体材料GaAs/GaN/SiC具备高功率密度、低能耗、抗高温、高发光效率等特性 ， 在射频、功率器件、光电子及国防军工等应用领域优势显著 。
GaAs是较为重要、技术成熟度最高的化合物半导体材料之一 。 相比Si ， GaAs材料具备禁带宽度大、电子迁移率高的特性 ， 能显著降低射频尺寸、降低功耗 ， 也具备成本优势 。 相比于GaN和SiC等新兴的二元系化合物半导体材料 ， GaAs技术成熟 ， 具备较为明显的成本优势 。 GaAs广泛应用在射频和光电子领域 。
GaN作为一种宽禁带半导体 ， 因具有高功率密度、能耗低、适合高频率、支持更宽带宽等特点 ， 主要用于微波射频、电力电子和光电子等领域 。 微波射频方向主要为5G通信和卫星通讯等应用；电力电子包括消费电子快充、新能源汽车等应用；光电子方向主要为LED等领域 。 目前GaN技术仍在快速发展阶段 ， 成本相对较高 。
SiC有较高的载流子迁移率 ， 能够提供较高的电流密度 ， 且耐高温、耐高压 ， 因此常被用来做功率器件 。 SiC在电压600V及以上的高功率领域具有优势 。 与GaN类似 ， SiC技术也在快速发展阶段 ， 成本相对较高 。

5G手机|化合物半导体GaAs、GaN、SiC的技术优势和应用领域分析
本文插图

GaAs/GaN/SiC应用领域不同 。 GaAs是当前应用最广泛的射频材料 ， 被广泛应用在射频、无线通信以及特种应用上 。 GaAs应用的工作频率主要在8GHz以内 ， 适合中低功率器件 ， 例如微基站和手机射频材料 。 而高功率射频方向 ， GaN具备明显优势 ， 是5G宏基站的必备材料 ， 此外 ， GaN作为快充材料 ， 能显著降低充电器尺寸 ， 并降低功耗 ， 目前在手机快充中快速渗透 。 SiC是功率器件的理想材料 ， 尤其在耐高压方面（＞600V） ， 性能优势显著 ， 广泛应用于新能源汽车、电力设备等领域 。

【5G手机|化合物半导体GaAs、GaN、SiC的技术优势和应用领域分析】5G手机|化合物半导体GaAs、GaN、SiC的技术优势和应用领域分析
本文插图

1.2技术成熟&成本下降 ， SiC/GaN有望加速渗透
SiC/GaN技术稳步提升 ， 产品供应迅速上量 。 衬底及外延方面 ， 6英寸SiC产品已实现量产 ， 并已完成8英寸衬底的研发；SiC基GaN外延材料4英寸与6英寸共存 ， Si基GaN外延主流尺寸为6英寸 ， 未来6英寸的SiC基GaN和8英寸的Si基GaN为主要发展趋势 。
根据CASA报告显示 ， 2019年各厂家在售的各类SiC/GaN产品种类较2017年增加了6成 ， 仅2019年就新增了321款新品 。 SiC电力电子器件已覆盖大部分应用需求 ， 功率模块新品推出加速 ， 2019年推出模块新品数量占新品总数一半以上；GaN功率器件性能逐步提升 ， 射频器件供应上量 。


推荐阅读


上一篇：互联网趣事百科|如果郭德纲是个互联网人

下一篇：环境|中节能天融科技与清华大学（环境学院）联手打造环境监测强＂大脑＂