作為一家專(zhuān)注于射頻、微波和光子半導體產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的公司，成立于1950年的MACOM近幾年在中國地區的業(yè)務(wù)取得了高速增長(cháng)，微波和射頻領(lǐng)域就是其中之一。MACOM無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品中心資深總監成鋼日前在接受本刊專(zhuān)訪(fǎng)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略重點(diǎn)，主要是為未來(lái)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備。

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(xiàn)性性能方面，GaN也有突出的優(yōu)點(diǎn)。

與傳統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)域應用進(jìn)行拓展。而通過(guò)獨有的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)現了從實(shí)驗室研究到大規模量產(chǎn)的跨越式發(fā)展，這對PA用量非常大的無(wú)線(xiàn)能源和無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，絕對是重大利好的消息。

在MACOM的產(chǎn)品路線(xiàn)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的效率據稱(chēng)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(diǎn)上來(lái)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(huì )看一下它的射頻曲線(xiàn)，你就會(huì )發(fā)現從低頻到高頻這條曲線(xiàn)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度的數值，用戶(hù)會(huì )覺(jué)得這完全不是一個(gè)量級的比較。”成鋼說(shuō)。

成鋼說(shuō)自己曾在一些場(chǎng)合展示了成熟的第三方數字預失真(DPD)平臺的實(shí)際校驗結果。數據顯示，兩載波、四載波LTE型號全部一次性通過(guò)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(shí)就遇到了相當大的困難，特別是面向1.8GHz-2.2GHz頻段應用時(shí)無(wú)法支持原始的GSM校正。不過(guò)這些對硅基氮化鎵器件來(lái)說(shuō)就完全不是問(wèn)題。

很多國內客戶(hù)把MACOM的產(chǎn)品直接用在TDD設備中，在做線(xiàn)性切換時(shí)保持了極好的線(xiàn)性度。以TDD系統級測試中最為關(guān)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(guò)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(shí)長(cháng)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(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，成鋼認為盡管業(yè)界還沒(méi)有形成完全的定論，但他們相信主要差別來(lái)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(trapping effect)，導致物理特性產(chǎn)生變異，例如會(huì )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(lái)說(shuō)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(guò)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(shí)現硅基氮化鎵產(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，以平衡供應鏈上出現的波峰波谷問(wèn)題。到2018年，MACOM硅基氮化鎵器件的供貨能力將達到千萬(wàn)片的級別，業(yè)界不必產(chǎn)生缺貨的顧慮。

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中的應用就很普遍。但是將其應用于射頻微波領(lǐng)域，MACOM是業(yè)內首家。根據成鋼的介紹，MACOM將首先選擇基站作為應用的突破口，這一市場(chǎng)的規模大約在10-15億美元左右。在國內，MACOM已經(jīng)和華為、中興等巨頭形成了戰略合作伙伴關(guān)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(chē)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瓦的連續功率輸出，并使得加熱部分做到信用卡大小。“我們的客戶(hù)曾經(jīng)做過(guò)一個(gè)名為ice fish的項目，就是先把一條魚(yú)冰塊凍住，再用這款微波爐去加熱，結果是魚(yú)熟了冰沒(méi)有化，這對傳統的微波爐來(lái)說(shuō)是完全不可想象的。消費者預計在2018年就會(huì )看見(jiàn)相關(guān)產(chǎn)品大量上市。”成鋼表示。此外，在汽車(chē)點(diǎn)火器中，采用硅基氮化鎵替代其中的LDMOS，將可以節約15%的能量；在醫學(xué)中利用微波進(jìn)行手術(shù)，可對患者腫瘤進(jìn)行精準的射頻消融。