作為一家專注于射頻、微波和光子半導(dǎo)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(wù)取得了高速增長(zhǎng)，微波和射頻領(lǐng)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(shí)表示，研發(fā)基于硅襯底的高功率氮化鎵(GaN)技術(shù)將是公司下一步的戰(zhàn)略重點(diǎn)，主要是為未來5G移動(dòng)通信、以及其它新能源行業(yè)所急需的大功率器件做準(zhǔn)備。Wcgesmc

為何看重硅基高功率氮化鎵技術(shù)？

MACOM硅襯底氮化鎵功率放大器(PA)技術(shù)目前在業(yè)界擁有領(lǐng)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(yuǎn)勝于對(duì)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(diǎn)。Wcgesmc

與傳統(tǒng)氮化鎵功率放大器不同，大功率器件的封裝技術(shù)非常關(guān)鍵?；谔蓟璧牡塒A產(chǎn)品具有高的性能，缺點(diǎn)就是成本太高，不利于推動(dòng)氮化鎵工藝向大批量有低成本要求的商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)行拓展。而通過獨(dú)有的8英寸晶圓工藝和高功率塑料封裝技術(shù)，MACOM使得GaN PA實(shí)現(xiàn)了從實(shí)驗(yàn)室研究到大規(guī)模量產(chǎn)的跨越式發(fā)展，這對(duì)PA用量非常大的無線能源和無線通信領(lǐng)域來說，絕對(duì)是重大利好的消息。Wcgesmc

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(duì)2.7GHz的調(diào)制信號(hào)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(diǎn)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。Wcgesmc

“如果有機(jī)會(huì)看一下它的射頻曲線，你就會(huì)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(biāo)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(huì)覺得這完全不是一個(gè)量級(jí)的比較?！背射撜f。Wcgesmc

成鋼說自己曾在一些場(chǎng)合展示了成熟的第三方數(shù)字預(yù)失真(DPD)平臺(tái)的實(shí)際校驗(yàn)結(jié)果。數(shù)據(jù)顯示，兩載波、四載波LTE型號(hào)全部一次性通過了測(cè)試，但LDMOS和碳化硅基氮化鎵器件在面對(duì)六載波GSM校正時(shí)就遇到了相當(dāng)大的困難，特別是面向1.8GHz-2.2GHz頻段應(yīng)用時(shí)無法支持原始的GSM校正。不過這些對(duì)硅基氮化鎵器件來說就完全不是問題。Wcgesmc

很多國內(nèi)客戶把MACOM的產(chǎn)品直接用在TDD設(shè)備中，在做線性切換時(shí)保持了極好的線性度。以TDD系統(tǒng)級(jí)測(cè)試中最為關(guān)鍵的EVM指標(biāo)為例，硅基氮化鎵器件原始的EVM值約為3-5%，校驗(yàn)后可以達(dá)到1.3%；但碳化硅基氮化鎵原始的10-15%的EVM值經(jīng)過校驗(yàn)后最高只能達(dá)到3-4%，離業(yè)界期待的2%目標(biāo)還有很大差距。而在存儲(chǔ)效應(yīng)測(cè)試中，硅基氮化鎵的拖尾時(shí)長(zhǎng)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%。Wcgesmc

下一代移動(dòng)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(shù)相媲美，成鋼認(rèn)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(huì)產(chǎn)生陷井效應(yīng)(trapping effect)，導(dǎo)致物理特性產(chǎn)生變異，例如會(huì)存儲(chǔ)電荷形成電容，產(chǎn)生記憶存儲(chǔ)效應(yīng)。然而這種由于摻雜產(chǎn)生的晶格缺陷對(duì)于硅材料來說是不存在的。Wcgesmc

目前，MACOM對(duì)硅基材料生產(chǎn)采用了第三方授權(quán)制造的模式。比如臺(tái)積電(TSMC)自身就有硅基氮化鎵的供應(yīng)能力，只不過它主要是為了電源或LED應(yīng)用，所以工藝就是完全的CMOS工藝。只需要針對(duì)高頻應(yīng)用再做一些工藝和流程優(yōu)化，或是MACOM授權(quán)IP給臺(tái)積電，就可以實(shí)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(gè)策略是多渠道供貨，以平衡供應(yīng)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(dá)到千萬片的級(jí)別，業(yè)界不必產(chǎn)生缺貨的顧慮。Wcgesmc

其實(shí)硅基氮化鎵產(chǎn)品并不是一個(gè)全新的概念，在大功率LED中的應(yīng)用就很普遍。但是將其應(yīng)用于射頻微波領(lǐng)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(yīng)用的突破口，這一市場(chǎng)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(guān)系。Wcgesmc

除基站外，MACOM還準(zhǔn)備將硅基氮化鎵產(chǎn)品推向微波爐、咖啡加熱機(jī)、汽車點(diǎn)火器、射頻照明(RF lighting)等射頻能量(RF energy)市場(chǎng)。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(gè)名為ice fish的項(xiàng)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(duì)傳統(tǒng)的微波爐來說是完全不可想象的。消費(fèi)者預(yù)計(jì)在2018年就會(huì)看見相關(guān)產(chǎn)品大量上市。”成鋼表示。此外，在汽車點(diǎn)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(xué)中利用微波進(jìn)行手術(shù)，可對(duì)患者腫瘤進(jìn)行精準(zhǔn)的射頻消融。
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