第三代化合物半導體材料有利于5G基站的應用

與第一代硅（Si）半導體材料和第二代砷化鎵（GaAs）半導體材料相比，碳化硅（SiC）或氮化鎵（GaN）的第三代半導體材料（也稱為寬帶隙半導體材料）具有更好的物理和化學特性，同時具有開關速度快、體積小、效率高、散熱快等

自動駕駛儀、增強現(xiàn)實和機器人

與硅器件相比，氮化鎵器件以更高的速度發(fā)射激光信號，并通過激光/激光雷達系統(tǒng)創(chuàng)建360度三維全景，進一步改善自動駕駛儀、增強現(xiàn)實，甚至機器人的發(fā)展。

醫(yī)療技術的突破

第三代半導體材料可用于無線充電，因此除了眾所周知的消費電子產(chǎn)品外，一些醫(yī)療設備也可能通過無線充電拓寬其使用領域。例如，可以通過讓被檢查者吞下X射線膠囊來進行結腸鏡檢查，并且由于可以提供10倍甚至100倍超分辨率的醫(yī)學圖像，MRI能夠在早期階段實現(xiàn)癌癥和疾病的準確檢測。此外，由于包括心臟泵、起搏器等在內(nèi)的植入式醫(yī)療產(chǎn)品不再需要外部電源，因此感染的可能性大大降低，因此患者會盡早采用，生活質(zhì)量得到提高。

5G改變?nèi)祟惿钣^

5G等高頻采用耐高壓、高耐熱、高頻的碳化硅和氮化鎵，以減少芯片面積，簡化電路，降低冷卻需求，可用于射頻、半導體照明、激光等領域?？梢灶A期，未來在5G商用的幫助下，人類生活觀將發(fā)生重大變化。

典型的第三代半導體材料碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）具有高功率、高工作溫度、高擊穿電壓、高電流密度、高頻特性等優(yōu)點，可顯著減小芯片面積，簡化外圍電路設計，達到減少模塊、系統(tǒng)外圍器件、和冷卻系統(tǒng)的體積。

現(xiàn)有的氮化鎵功率器件由硅基氮化鎵和碳化硅基氮化鎵晶片制成，其中硅基氮化鎵在面積和總成本方面可能比碳化硅器件效率更高，更適合中低電壓/高頻領域。不同半導體器件的工作頻率和最大功率對比圖如下所示：

當前移動通信系統(tǒng)基站上使用的功率放大器（PA）主要基于硅橫向擴散金屬氧化物半導體（LDMOS）技術。然而，LDMOS技術僅適用于低頻級，因為LDMOS功率放大器的帶寬會隨著頻率的增加而急劇下降。用于3.5GHz頻段的LDMOS的制造過程接近其極限。由于第五代移動通信系統(tǒng)（5G）在信號傳輸中部分采用更高的頻段（3.5GHz、26GHz和28GHz三大頻段）來實現(xiàn)高速傳輸和超低延遲能力，LDMOS越來越難以滿足性能要求。

與碳化硅基氮化鎵器件相比，硅基氮化鎵器件由于襯底散熱不良而存在自發(fā)熱問題，導致氮化鎵晶體管性能下降，硅基氮化鎵器件不適合在高溫高頻的工作環(huán)境中使用。碳化硅和氮化鎵具有優(yōu)異的晶格匹配，加上碳化硅材料的導熱系數(shù)高（大約是硅的三倍），因此解決了氮化鎵材料固有的低導熱系數(shù)的問題，因此碳化硅基氮化鎵有利于5G基站的應用，有望成為市場上的主流。

審核編輯：郭婷