作為一家專注于射頻、微波和光子半導體產(chǎn)品開發(fā)的公司，成立于1950年的MACOM近幾年在中國地區(qū)的業(yè)務取得了高速增長，微波和射頻領域就是其中之一。MACOM無線產(chǎn)品中心資深總監(jiān)成鋼日前在接受本刊專訪時表示，研發(fā)基于硅襯底的高功率氮化鎵(GaN)技術將是公司下一步的戰(zhàn)略重點，主要是為未來5G移動通信、以及其它新能源行業(yè)所急需的大功率器件做準備。 為何看重硅基高功率氮化鎵技術？ MACOM硅襯底氮化鎵功率放大器(PA)技術目前在業(yè)界擁有領先位置。相比目前廣泛使用的LDMOS產(chǎn)品，氮化鎵放大器產(chǎn)品在功率密度、帶寬、可靠性和耐高溫方面遠勝于對手，例如可以承受200V以上的擊穿電壓和200度的高溫。此外，在效率和線性性能方面，GaN也有突出的優(yōu)點。 與傳統(tǒng)氮化鎵功率放大器不同，大功率器件的封裝技術非常關鍵?；谔蓟璧牡塒A產(chǎn)品具有高的性能，缺點就是成本太高，不利于推動氮化鎵工藝向大批量有低成本要求的商業(yè)領域應用進行拓展。而通過獨有的8英寸晶圓工藝和高功率塑料封裝技術，MACOM使得GaN PA實現(xiàn)了從實驗室研究到大規(guī)模量產(chǎn)的跨越式發(fā)展，這對PA用量非常大的無線能源和無線通信領域來說，絕對是重大利好的消息。 在MACOM的產(chǎn)品路線圖上，硅基氮化鎵產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展到第四代，其100W硅基氮化鎵產(chǎn)品MAGX-100027-100的效率據(jù)稱比LDMOS產(chǎn)品高10%，功率密度是LDMOS產(chǎn)品的4倍，能對2.7GHz的調(diào)制信號產(chǎn)生70%的峰值效率和19dB的增益，并同步大幅減小體積和成本。從這點上來看，硅基氮化鎵產(chǎn)品已經(jīng)和碳化硅基氮化鎵產(chǎn)品性能非常接近。 “如果有機會看一下它的射頻曲線，你就會發(fā)現(xiàn)從低頻到高頻這條曲線都很平，滾降很快，這和LDMOS器件的幅頻特性非常相似。而它的相位特性指標AMPM數(shù)值在最大功率是為-5度，相比大部分LDMOS器件15-20度，碳化硅基氮化鎵20-30度的數(shù)值，用戶會覺得這完全不是一個量級的比較。”成鋼說。 成鋼說自己曾在一些場合展示了成熟的第三方數(shù)字預失真(DPD)平臺的實際校驗結(jié)果。數(shù)據(jù)顯示，兩載波、四載波LTE型號全部一次性通過了測試，但LDMOS和碳化硅基氮化鎵器件在面對六載波GSM校正時就遇到了相當大的困難，特別是面向1.8GHz-2.2GHz頻段應用時無法支持原始的GSM校正。不過這些對硅基氮化鎵器件來說就完全不是問題。 很多國內(nèi)客戶把MACOM的產(chǎn)品直接用在TDD設備中，在做線性切換時保持了極好的線性度。以TDD系統(tǒng)級測試中最為關鍵的EVM指標為例，硅基氮化鎵器件原始的EVM值約為3-5%，校驗后可以達到1.3%；但碳化硅基氮化鎵原始的10-15%的EVM值經(jīng)過校驗后最高只能達到3-4%，離業(yè)界期待的2%目標還有很大差距。而在存儲效應測試中，硅基氮化鎵的拖尾時長只有2-3毫秒，業(yè)界最好的碳化硅基氮化鎵是12-13毫秒，拖尾從4%-90%。 下一代移動通信基站成為硅基氮化鎵的突破口 能與成本更高的碳化硅基氮化鎵技術相媲美，成鋼認為盡管業(yè)界還沒有形成完全的定論，但他們相信主要差別來自襯底材料的差異。相比之下，碳化硅有很大的晶格適配，需要使用氮離子摻雜，但摻雜會產(chǎn)生陷井效應(trapping effect)，導致物理特性產(chǎn)生變異，例如會存儲電荷形成電容，產(chǎn)生記憶存儲效應。然而這種由于摻雜產(chǎn)生的晶格缺陷對于硅材料來說是不存在的。 目前，MACOM對硅基材料生產(chǎn)采用了第三方授權制造的模式。比如臺積電(TSMC)自身就有硅基氮化鎵的供應能力，只不過它主要是為了電源或LED應用，所以工藝就是完全的CMOS工藝。只需要針對高頻應用再做一些工藝和流程優(yōu)化，或是MACOM授權IP給臺積電，就可以實現(xiàn)硅基氮化鎵產(chǎn)品的海量供貨。MACOM為保證供貨采取的另一個策略是多渠道供貨，以平衡供應鏈上出現(xiàn)的波峰波谷問題。到2018年，MACOM硅基氮化鎵器件的供貨能力將達到千萬片的級別，業(yè)界不必產(chǎn)生缺貨的顧慮。 其實硅基氮化鎵產(chǎn)品并不是一個全新的概念，在大功率LED中的應用就很普遍。但是將其應用于射頻微波領域，MACOM是業(yè)內(nèi)首家。根據(jù)成鋼的介紹，MACOM將首先選擇基站作為應用的突破口，這一市場的規(guī)模大約在10-15億美元左右。在國內(nèi)，MACOM已經(jīng)和華為、中興等巨頭形成了戰(zhàn)略合作伙伴關系。 除基站外，MACOM還準備將硅基氮化鎵產(chǎn)品推向微波爐、咖啡加熱機、汽車點火器、射頻照明(RF lighting)等射頻能量(RF energy)市場。例如在微波爐中取代磁控管，MACOM目前已經(jīng)可以利用該芯片提供300瓦的連續(xù)功率輸出，并使得加熱部分做到信用卡大小?！拔覀兊目蛻粼?jīng)做過一個名為ice fish的項目，就是先把一條魚冰塊凍住，再用這款微波爐去加熱，結(jié)果是魚熟了冰沒有化，這對傳統(tǒng)的微波爐來說是完全不可想象的。消費者預計在2018年就會看見相關產(chǎn)品大量上市?！背射摫硎尽４送?，在汽車點火器中，采用硅基氮化鎵替代其中的LDMOS，將可以節(jié)約15%的能量；在醫(yī)學中利用微波進行手術，可對患者腫瘤進行精準的射頻消融。