2019是5G元年，2020會是GaN（氮化鎵）元年嗎？很多人對此頗為看好。“GaN作為新一代半導(dǎo)體材料必然會逐漸體現(xiàn)出優(yōu)越性。”

在中國電科11所工程師尚林濤看來，GaN能夠在高頻高溫環(huán)境下工作，耐高壓、性能穩(wěn)定、壽命長、省電、輕型緊湊，這些都是它的優(yōu)點，“很多應(yīng)用領(lǐng)域都會使用GaN，如5G射頻等。”

目前，隨著疫情防控形勢不斷向好，國內(nèi)掀起了新基建熱潮，尤其是加快5G建設(shè)，被提升至新的高度，運營商和地方政府正在全力推進。在分析人士看來，5G建設(shè)熱潮將會進一步帶熱GaN市場，尤其是在5G基站中，GaN的市場前景廣闊。

01功率放大器成重點領(lǐng)域

分析師王尊民表示，目前來看，包括愛立信、華為、諾基亞、中興及三星等設(shè)備大廠，大多數(shù)5G基站皆已采用GaN的PA器件(功率放大器)。據(jù)了解，基站射頻前端芯片包括射頻開關(guān)、射頻低噪聲放大器、射頻功率放大器、雙工器、射頻濾波器等，PA通常用于實現(xiàn)發(fā)射通道的射頻信號放大。

電子創(chuàng)新網(wǎng)CEO張國斌對《IT時報》記者表示，GaN在5G基站的主要應(yīng)用就是PA。5G建設(shè)熱潮的到來，將驅(qū)動移動基站內(nèi)GaN PA占比的提升。

據(jù)技術(shù)人員介紹，4G時代基站的發(fā)射模式主要是4T4R（T為Transmit縮寫，R為Receive縮寫，即4發(fā)4收），也就是4根發(fā)射天線和4根接收天線，按照一個基站三個扇區(qū)計算，對應(yīng)的射頻PA需求量為12個。

1副天線（收發(fā)）需要1個射頻PA，3個扇區(qū)每個扇區(qū)4副天線即12副天線需要12個PA，圖/無線深海

5G基站是以64T64R大規(guī)模天線陣列為主，對應(yīng)的PA需求量高達192個，PA數(shù)量將大幅增長。

4G基站和5G基站的天線對比

來自市場調(diào)研機構(gòu)Yole數(shù)據(jù)顯示，2017年GaN射頻市場規(guī)模為3.8億美元，預(yù)計2023年將增長至13億美元，復(fù)合增速為22.9%。

據(jù)天風(fēng)證券報告，我國5G宏基站使用的功率放大器數(shù)量在2019年達到1843.2萬個，今年有望達到7372.8萬個，其中基于GaN（氮化鎵）工藝的比例將達到6成。

亞光科技旗下子公司技術(shù)負責(zé)人陳先生告訴《IT時報》記者，與其他材料相比，5G基站使用的GaN射頻器件有功效高、好用兩大突出優(yōu)勢，“好用的意思就是不容易壞，能節(jié)約成本。”

不過，他也指出GaN射頻器件的前期投入成本大，價格要比GaAs（砷化鎵）至少高出一個數(shù)量級。王尊民也認為，GaN器件成本較高，以6英寸晶圓為例，GaAs需600美元、硅基GaN需500美元、碳化硅基GaN需1200美元。

02搶灘GaN射頻市場

基于硅的橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體（LDMOS）、砷化鎵（GaAs）以及氮化鎵（GaN），是基站中大功率射頻器件所使用的三種主要材料 。

Yole報告預(yù)測，2020年——2021年為5G基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵期，也將是GaN器件替換傳統(tǒng)LDMOS材料的關(guān)鍵期。

三種不同材料射頻器件的市場預(yù)測

面對5G網(wǎng)絡(luò)部署良機，國內(nèi)外廠商在GaN射頻器件市場競爭激烈，住友電工、恩智浦、英飛凌、Qorvo等國外巨頭，加上蘇州能訊、英諾賽科、海威華芯、耐威科技、三安光電等國內(nèi)廠商誰都不想錯過市場。

目前來看，住友電工、Qorvo等處于行業(yè)第yi梯隊。其中，住友電工已成為華為核心供應(yīng)商，為華為GaN射頻器件*大供應(yīng)商。就在本月3日，Qorvo推出了全球性能*高的寬帶功率放大器—— TGA2962，這是一款基于GaN工藝而構(gòu)建的功率放大器。

這款功率放大器專為通信應(yīng)用而設(shè)計，擁有多項性能突破，同時減少了元件數(shù)量、占用空間和成本。

陳先生介紹，看到GaN在5G基站中的前景，其所在公司從軍用轉(zhuǎn)向民用，在四五年前就著手研發(fā)GaN射頻產(chǎn)品，目前已向多家通信設(shè)備商供應(yīng)GaN射頻產(chǎn)品。不過，陳先生沒有透露客戶信息。

三安集成公司一位人士也告訴記者，公司生產(chǎn)的GaN產(chǎn)品已向華為、諾基亞、愛立信供貨，主要為5G基站的射頻功率放大器。

03把GaN放進手機仍有難度

王尊民表示，雖然GaN前景廣闊，但根據(jù)目前發(fā)展情勢，LDMOS（基于硅的橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體）、GaAs（砷化鎵）及GaN（氮化鎵）器件仍將三者并存。

“由于考慮成本問題，高功率、高頻率的5G宏站會以GaN為主流；至于功率及頻率稍小的小基站，則會以GaAs組件為主；其他基站的設(shè)備，考慮到成本，仍會主要選擇LDMOS。”他說。

GaN射頻器件除了在基站端市場廣闊外，在手機端同樣值得期待。

王尊民認為GaN器件確實有機會應(yīng)用于手機中，三星等手機廠商以及skyworks等射頻企業(yè)大致已將GaN應(yīng)用于5G手機中，成效還不錯。

尚林濤認為，GaN射頻器件在手機端的應(yīng)用前景光明，能有效解決當(dāng)下5G手機發(fā)熱、續(xù)航差、天線布局難等問題，但困難在于氮化鎵材料及器件性能是否能持續(xù)穩(wěn)定以及能大批量生產(chǎn)供應(yīng)。

王尊民也表示目前阻礙GaN用在手機上還是基于成本考量，硅基GaN的良率還有待提升。

目前來看，手機廠商使用GaN的興趣點在于充電器，OPPO、小米相繼推出了GaN充電器，提升了GaN在普通用戶群體中的知名度，現(xiàn)在魅族也準備發(fā)布GaN充電器。但是，將GaN材料普遍應(yīng)用于手機自身內(nèi)部，也許還要一段時間。