作为一家专注于射频、微波和光子半导体产品开发的公司，MACOM近几年在中国地区的业务取得了高速增长，微波和射频领域就是其中之一。MACOM无线产品中心资深总监成钢日前在接受本刊采访时表示，研发基于硅衬底的高功率氮化镓(GaN)技术将是公司下一步的战略重点，主要是为未来5G移动通信、以及其它新能源行业所急需的大功率器件做准备。

为何看重硅基高功率氮化镓技术？

MACOM硅衬底氮化镓功率放大器(PA)技术目前在业界拥有领先位置。相比目前广泛使用的LDMOS产品，氮化镓放大器产品在功率密度、带宽、可靠性和耐高温方面远胜于对手，例如可以承受200V以上的击穿电压和200度的高温。此外，在效率和线性性能方面，GaN也有突出的优点。

与传统氮化镓功率放大器不同，大功率器件的封装技术非常关键。基于碳化硅的氮化镓PA产品具有高的性能，缺点就是成本太高，不利于推动氮化镓工艺向大批量有低成本要求的商业领域应用进行拓展。而通过独有的8英寸晶圆工艺和高功率塑料封装技术，MACOM使得GaN PA实现了从实验室研究到大规模量产的跨越式发展，这对PA用量非常大的无线能源和无线通信领域来说，绝对是重大利好的消息。

在MACOM的产品路线图上，硅基氮化镓产品已经发展到第四代，其100W硅基氮化镓产品MAGX-100027-100的效率据称比LDMOS产品高10%，功率密度是LDMOS产品的4倍，能对2.7GHz的调制信号产生70%的峰值效率和19dB的增益，并同步大幅减小体积和成本。从这点上来看，硅基氮化镓产品已经和碳化硅基氮化镓产品性能非常接近。

成钢预计在未来三年时间内，碳化硅基氮化镓成本将出现10%-20%的下降。但问题在于，与硅基材料相比，碳化硅成本是其100倍，而且工艺复杂，两者在衬底方面的处理时间相差200-300倍，这直接影响到了整个设备折旧和制造成本。另一方面，硅晶圆还在向8寸，甚至更大的尺寸扩展，预计三年内硅基氮化镓将出现30%-50%的价格下降，这将非常具有吸引力。

下一代移动通信基站成为硅基氮化镓的突破口

能与成本更高的碳化硅基氮化镓技术相媲美，成钢认为尽管业界还没有形成完全的定论，但他们相信主要差别来自衬底材料的差异。相比之下，碳化硅有很大的晶格适配，需要使用氮离子掺杂，但掺杂会产生陷井效应(trapping effect)，导致物理特性产生变异，例如会存储电荷形成电容，产生记忆存储效应，然而这种由于掺杂产生的晶格缺陷对于硅材料来说是不存在的。

目前，MACOM对硅基材料生产采用了第三方授权制造的模式。比如台积电(TSMC)自身就有硅基氮化镓的供应能力，只不过它主要是为了电源或LED应用，所以工艺就是完全的CMOS工艺。只需要针对高频应用再做一些工艺和流程优化，或是MACOM授权IP给台积电，就可以实现硅基氮化镓产品的海量供货。MACOM为保证供货采取的另一个策略是多渠道供货，以平衡供应链上出现的波峰波谷问题。到2018年，MACOM硅基氮化镓器件的供货能力将达到千万片的级别，业界不必产生缺货的顾虑。

其实硅基氮化镓产品并不是一个全新的概念，在大功率LED中的应用就很普遍。但是将其应用于射频微波领域，MACOM是业内首家。根据成钢的介绍，MACOM将首先选择基站作为应用的突破口，这一市场的规模大约在10-15亿美元左右。在国内，MACOM已经和华为、中兴等巨头形成了战略合作伙伴关系。

“在大家的认知中，LAMOS在低频段占据了主流的地位。但我要强调的是，不仅仅是高频的主要平台已经转成氮化镓，从2017年开始，低频频段也会切换到氮化镓。现在我们正处于氮化镓从小众应用变成主流应用切换的时间点上。”成钢说。

除基站外，MACOM还准备将硅基氮化镓产品推向微波炉、咖啡加热机、汽车点火器、射频照明(RF lighting)等射频能量(RF energy)市场。例如在微波炉中取代磁控管，MACOM目前已经可以利用该芯片提供300瓦的连续功率输出，并使得加热部分做到信用卡大小。成钢表示。此外，在汽车点火器中，采用硅基氮化镓替代其中的LDMOS，将可以节约15%的能量；在医学中利用微波进行手术，可对患者肿瘤进行精准的射频消融。

氮化镓可不可以用在手机中？

在成钢看来，从技术上讲，氮化镓无论在手机还是在基站中均处于射频收发两端，没有本质差别。硅基氮化镓和现在在手机中大量使用的数字芯片是共通的，任何在这些技术基础上的进步，都可以把氮化镓引入到手机应用中。但这对LDMOS和碳化硅基氮化镓而言，几乎是不可想象的。

相比LDMOS或传统硅器件每一代产品间2%-3%的效率提升，成钢认为硅基氮化镓器件5%的效率提升更具意义。如果再考虑到5G时代需要单个器件覆盖更多频段，那么氮化镓天生拥有的宽带优势就会带来显著优势。而且，硅基氮化镓存在着被集成的可能性，传统分立的PA和开关部分一旦实现集成，对手机性能提升将非常明显。

从制造工艺来看，碳化硅散热特性比硅基要好，但碳化硅相对比较硬和脆，在降低厚度方面存在困难。目前，碳化硅衬底的厚度是100μm，而硅衬底厚度则是50μm，是前者的一半。此外，硅衬底还可以采用硅过孔技术继续降低热损耗，这是传统LDMOS所不能使用的。封装方面，传统LDMOS使用CPC合金材料，MACOM采用塑料封装和纯铜衬底，带来了25%的热阻提高，增强了散热性能。

但MACOM目前还没有任何进入手机市场的计划，基站与射频能量应用仍然是当前的重中之重。

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