GaN材料半导体成为5G时代全球必争之地

时间:2019-4-4 分享到:

氮化镓(GaN)是直接宽带隙半导体材料,属于第三代半导体,具备良好的导热率、抗辐射能力、击穿电场和电子饱和速率。其在微波射频领域的应用器件主要包括GaN高电子迁移率晶体管(HETM)和GaN单片微波集成电路(MMIC),均可用于通讯基站。

GaN材料半导体成为5G时代全球必争之地

随着5G的到来,目前通讯基站使用的砷化镓器件已无法满足在高频下保持高集成度。而GaN射频功率放大器所具备的高功率、增益和效率更能适配5G基站的技术需求。因此,GaN成为最有潜力的发展热点。国家新材料产业发展战略咨询委员会天津院特撰写了《5G战场必争之地系列③——第三代半导体高端材料GaN全球技术分析报告》,对其潜在市场蛋糕价值、大国布局竞争抢位、行业未来发展趋势等进行深入分析研究。本文对报告核心内容进行了精选。

产业现状

目前占据消费品电子领域市场主流的砷化镓射频功率放大器(GaAs PA)已无法满足5G的技术需求,相比之下,氮化镓射频功率放大器(GaN PA)具有更高的功率、增益和效率,用于基站端能更有效地满足未来5G技术所需要的高功率、高效率以及高通信频段等要求。因此,GaN PA成为最有潜力的发展热点。

据国家新材料产业发展战略咨询委员会天津院分析师称,研究数据显示2016年射频功率半导体(>3W)市场规模接近15亿美元,预计2020年将达到26亿美元,其中电信基础设施(包含基站、无线回传)射频功率半导体将占据一半的市场份额。但是2016年GaAs器件市场占比较多,GaN器件仅占比约20%。2017年GaN射频器件市场规模约为3.8亿美元,预计2023年将达到13亿美元。

5G基础建设大范围铺开后,GaN器件数量将以80%的年均复合增长率增长。借此5G发展的契机,GaN功率器件潜在的巨大市场逐渐被发掘,有望发展为市场的中流砥柱。

国外格局:美国领先,日欧紧随

美国为保霸主地位,对华“奇招频出”

在半导体射频领域美国一骑绝尘,日欧紧随。美国GaN的领先技术得益于美国半导体全产业的高速发展,而美国半导体之所以能长期占据霸主地位离不开美国政府的积极介入,通过政策指引给予大力扶持。

政策方面,美国积极发挥政府职能推进半导体产业发展;科研方面,美国首先着眼于基础学科建设,从扎实研究基础出发,国家科学基金每年提供约70亿美元的支持,专门用于支持高校的基础物理科学和数学研究。

为保持在半导体领域前沿技术的领先优势,美国政府除在政策上的大肆鼓励与扶持,还采取一系列非常手段强势掌控先进技术、避免外流,从而稳固领军地位。2015年以来,美国外资投资委员会(CFIUS)以威胁美国国家安全为由,封杀了多起中资参与的并购案。中国资本收购美国企业受美阻挠失败案例表详见报告原文。可关注公众号前沿材料,联系客服获取报告完整版。

欧盟、日韩加强部署,欲占一席之地

2016年,英国投入400万英镑建立化合物半导体应用创新中心加速化合物半导体器件商业应用;26家企业和机构合作建立化合物半导体研究所和半导体研究中心,大学、政府、英国工程与物理科学研究委员会投资超过6000万英镑,聚焦电力电子、射频/微波、光电、传感器四大技术;日本政府2016年启动名为“有助于实现节能社会的新一代半导体研究开发”的GaN功率元件联合开发项目;同年,韩国政府也针对功率器件方面,重点围绕硅基GaN和碳化硅启动功率电子国家项目。

国内格局:多方施力,寻找中国“芯”突围之道

半导体材料是发展电子信息产业的重中之重,是我国重点发展的战略性材料,为建立一个更先进、更完善的半导体产业链,实现降低进口依赖的目标,国家和各地方针对半导体产业发展的战略布局政策频出。半导体产业扶持相关政策表详报告见原文。

就全球半导体射频市场而言,据国家新材料产业发展战略咨询委员会天津院分析师称,“目前美国、日本等国际巨头始终占据主导地位,4G智能手机所使用的GaAs射频器件,仅美国的Skyworks、Qorvo和Broadcom、Qualcomm四家公司就占据近95%的市场占有率。相比之下,我国的市场占有率仅1%左右,差距悬殊。”

为追赶5G发展的浪潮,各企业努力打破壁垒,自主研发设计射频芯片,努力实现国产替代。由中国科学院高端人才组成的本创微电子团队已完成多款关键GaN功率放大器芯片设计,于2018年12月10日的中国国际应用科技交易博览会上展出了具有自主知识产权的GaN功率放大器芯片,该芯片已通过中电集团客户认证。

如今,面临如此紧张的5G技术抢位战以及GaN功率器件潜在的巨大市场,GaN已成“兵家必争”。国内企业需通过自主创新突破技术壁垒,掌握自主的核心技术,在实现国产化的基础上,借助发展5G的东风将国产GaN推向世界。

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