GaN將在高功率,高頻率射頻市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)明顯

GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）已經(jīng)成為5G宏基站功率放大器的主流候選技術(shù)。GaN HEMT憑借其固有的高擊穿電壓、高功率密度、大帶寬和高效率，已成為基站PA的有力候選技術(shù)。

GaN是極穩(wěn)定的化合物，具有強(qiáng)的原子鍵、高的熱導(dǎo)率、在Ⅲ-Ⅴ族化合物中電離度是最高的、化學(xué)穩(wěn)定性好，使得GaN 器件比Si 和GaAs 有更強(qiáng)抗輻照能力，同時(shí)GaN又是高熔點(diǎn)材料，熱傳導(dǎo)率高，GaN功率器件通常采用熱傳導(dǎo)率更優(yōu)的SiC做襯底，因此GaN功率器件具有較高的結(jié)溫，能在高溫環(huán)境下工作。

不同材料體系射頻器件功率-頻率工作區(qū)間

GaN將在高功率，高頻率射頻市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)明顯

相比于4G，5G的通信頻段往高頻波段遷移。目前我國4G網(wǎng)絡(luò)通信頻段以2.6GHz為主，2017年工信部發(fā)布了5G系統(tǒng)在3-5GHz頻段（中頻段）內(nèi)的頻率使用規(guī)劃，后期會(huì)逐步增補(bǔ)6GHz以上的高頻段作為容量覆蓋。相較于基于Si的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體（Si LDMOS，Lateral Double-diffused Metal-oxideSemiconductor）和GaAs，在基站端GaN射頻器件更能有效滿足5G的高功率、高通信頻段和高效率等要求。

目前針對(duì)3G和LTE基站市場(chǎng)的功率放大器主要有Si LDMOS和GaAs兩種，但LDMOS 功率放大器的帶寬會(huì)隨著頻率的增加而大幅減少，僅在不超過約3.5GHz的頻率范圍內(nèi)有效，而GaAs功率放大器雖然能滿足高頻通信的需求，但其輸出功率比GaN器件遜色很多。然而，在移動(dòng)終端領(lǐng)域GaN射頻器件尚未開始規(guī)模應(yīng)用，原因在于較高的生產(chǎn)成本和供電電壓。GaN將在高功率，高頻率射頻市場(chǎng)發(fā)揮重要作用。

下圖展示的是鍺化硅和氮化鎵的毫米波5G基站MIMO天線方案，左側(cè)展示的是鍺化硅基MIMO天線，它有1024個(gè)元件，裸片面積是4096平方毫米，輻射功率是65dbm，與之形成鮮明對(duì)比的，是右側(cè)氮化鎵基MIMO天線，盡管價(jià)格較高，但功耗降低了40%，裸片面積減少94%。

資料來源：國金證券

根據(jù)Yole預(yù)測(cè)，2018年GaN射頻器件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到4.57億美元，未來5年復(fù)合增長率超過23%。在整個(gè)射頻應(yīng)用市場(chǎng)，GaN器件的市場(chǎng)份額將逐漸提高。長期來看，在宏基站和回傳領(lǐng)域，憑借高頻高功率的性能優(yōu)勢(shì)，GaN將逐漸取代LDMOS和GaAs從而占據(jù)主導(dǎo)位置；在射頻能量領(lǐng)域，LDMOS憑借高功率低成本優(yōu)勢(shì)，有望占據(jù)主要市場(chǎng)份額；在其他對(duì)輸出功率要求相對(duì)較低的領(lǐng)域，將形成GaAs和GaN共同主導(dǎo)的格局。

現(xiàn)階段在整個(gè)射頻市場(chǎng)，LDMOS、GaAs和GaN幾乎三分天下，但未來LDMOS的市場(chǎng)份額會(huì)逐漸縮小，部分市場(chǎng)將被GaN所取代，而GaAs依賴日益增長的小基站帶來的需求和較高的國防市場(chǎng)等需求，在2025年之前，其市場(chǎng)份額整體相對(duì)穩(wěn)定。

未來5～10年內(nèi)， GaN將逐步取代LDMOS，并逐漸成為3W 及以上RF功率應(yīng)用的主流技術(shù)。而GaAs將憑借其得到市場(chǎng)驗(yàn)證的可靠性和性價(jià)比，將確保其穩(wěn)定的市場(chǎng)份額。LDMOS的市場(chǎng)份額則會(huì)逐步下降，預(yù)測(cè)期內(nèi)將降至整體市場(chǎng)規(guī)模的15%左右。預(yù)測(cè)至2023年，GaNRF器件的市場(chǎng)營收預(yù)計(jì)將達(dá)到13億美元，約占3W以上的RF 功率市場(chǎng)的45%。

2015-2025年射頻功率市場(chǎng)不同技術(shù)路線的份額占比

資料來源：YOLE

境外GaN射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)公司及產(chǎn)品進(jìn)展：

目前微波射頻領(lǐng)域雖然備受關(guān)注，但是由于技術(shù)水平較高，專利壁壘過大，因此這個(gè)領(lǐng)域的公司相比較電力電子領(lǐng)域和光電子領(lǐng)域并不算很多，但多數(shù)都具有較強(qiáng)的科研實(shí)力和市場(chǎng)運(yùn)作能力。

Qorvo、CREE、MACOM 73%的產(chǎn)品輸出功率集中在10W～100W之間，最大功率達(dá)到1500W（工作頻率在1.0-1.1GHz，由Qorvo生產(chǎn)），采用的技術(shù)主要是GaN/SiC GaN路線。此外，部分企業(yè)提供GaN射頻模組產(chǎn)品，目前有4家企業(yè)對(duì)外提供GaN射頻放大器的銷售，其中Qorvo產(chǎn)品工作頻率范圍最大，最大工作頻率可達(dá)到31GHz。Skyworks產(chǎn)品工作頻率較小，主要集中在0.05-1.218GHz之間。

大陸GaN射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)公司及產(chǎn)品進(jìn)展：

歐美國家出于對(duì)我國技術(shù)發(fā)展速度的擔(dān)憂及遏制我國新材料技術(shù)的發(fā)展想法，在第三代半導(dǎo)體材料方面，對(duì)我國進(jìn)行幾乎全面技術(shù)封鎖和材料封鎖。在此情況下，我國科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)單位立足自主創(chuàng)新，目前在GaN微波射頻領(lǐng)域已取得顯著成效，在軍事國防領(lǐng)域和民用通信領(lǐng)域兩個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行突破，打造了中電科13所、中電科55所、中興通信、大唐移動(dòng)等重點(diǎn)企業(yè)以及中國移動(dòng)、中國聯(lián)通等大客戶。

蘇州能訊推出了頻率高達(dá)6GHz、工作電壓48V、設(shè)計(jì)功率從10W-320W的射頻功率晶體管。在移動(dòng)通信方面，蘇州能訊已經(jīng)可以提供適合LTE、4G、5G等移動(dòng)通信應(yīng)用的高效率和高增益的射頻功放管，工作頻率涵蓋1.8-3.8GHz，工作電壓48V，設(shè)計(jì)功率從130W-390W，平均功率為16W-55W。