9月初的股市，并没有秋后的天高气爽之势，反而是不断滑落的大盘指数带给股民阵阵凉意。可是，有一个板块却逆势而动，在破万亿成交额的护航下一路飘红。

  这便是第三代半导体板块。在整个工业行将进入国家战略规划音讯的鼓动下，第三代半导体技能再次成为了网红。作为职业双星之一的氮化镓（GaN），也因为在5G和功率商场的体现而再受注目。

  小米在2020年头的一场发布会改变了GaN的命运。雷军展现了小米研制的65WGaN充电器，GaN资料也因而破圈成名。尽管已被业界内看做天选之子，GaN可从未取得如此高的待遇。

  在媒体一轮又一轮的密布轰炸之下，GaN的优势现已人尽皆知：更大的禁带宽度更大，更高的临界击穿电场，更高的热导率更高，更高的饱满电子速率和电子迁移率等。因为功用上较榜首、二代半导体资料有质的腾跃，GaN成为制作短波长发光器材、光电探测器以及高温、高频、大功率电子器材的不贰之选。

  LED照明、激光器与探测器方向是现在GaN最大的运用商场，在2019年就到达了400亿美元的营收规划。可是，业界更期望GaN在5G射频和功率器材两个方向完结打破，因为那里有更大的商场空间。

  5G体系需求更高的峰值功率、更宽的带宽以及更高的频率，这些要素都促成了对GaN器材的承受。业内人士告知记者，凭仗高频下更高的功率输出和更小的占板面积，GaN现已在射频范畴赢得杰出的口碑。依据Yole猜测，GaN 射频商场将从 2018 年的 6.45 亿美元增加到 2024 年的约 20 亿美元，这首要受电信根底设施和国防两个方向运用的推进。

  商业化GaN射频器材产品现在有三大类:一种是运用于 4G 宏基站等体系的大功率PA（功率放大器），饱满功率等级为100～300W乃至更大;另一种是运用于0.5～6GHz的5G 宏基站的GaNPA，单模块输出平均功率为5～10W，要求高集成、小体积；第三种是运用于5G高频频段的GaN单片集成电路(MMIC)，饱满输出功率为2～10W，首要用于人员密布的场所。

  PA是射频体系中的要害组成，现在以GaAs（砷化镓）PA为干流。但跟着5G的到来，GaAs器材将无法满意在如此高的频率下坚持高集成度，GaN得以大展身手。

  5G宏基站以64通道的大规划阵列天线为主，按三个扇区核算，单基站PA需求量将高达 192 个。依据拓墣工业研讨院的猜测，国内5G宏基站建造将于2023年左右到达顶峰，年新增 115 万个以上，对应PA需求高达 2.21 亿个。跟着GaN器材本钱的下降和工艺的老练，GaN PA浸透率将不断提高，拓墣工业研讨院估量2019年5G宏基站PA中GaN占比在50%左右，估计到2023年GaN占比将到达80%。

  相较光电和射频，GaN在功率器材中的运用迸发最晚，可谓是厚积薄发。“从曩昔三年来看，本钱每年以20%～30%的比重在下降，总算让GaN挨近迸发式增加的要害节点。”纳微（Navitas）我国区总经理查莹杰这样以为。

  GaN功率器材开关频率高、导通电阻小、电容小，可在高频状况下坚持高效率水平。并且，由所以平面架构，GaN功率器材可以集成外围驱动和操控电路，将IC体积做小，显着降低本钱。

  在苹果、三星、华为、小米等手机厂商均入局GaN电源适配器的局势下，估计2024年全球GaN功率半导体商场规划将超越 7.5亿美元。

  从光电到射频器材，再到功率器材，GaN在运用上阅历了一个不断扩展，层层打破的进程。

  “第三代半导体现在是一片蒸蒸日上的现象，走到哪里都能收到这方面的BP（项目方案书）。”担任芯力气·云路演点评嘉宾的盛世出资办理合伙人陈立志曾宣告这样的慨叹。

  媒体热捧、本钱追逐、项目遍地开花，无论是GaN仍是SiC，都给人以职业进入“井喷状况”的形象。

  实践上，从GaN本身来说，还仅仅处在迸发前夜。以红得发紫的GaN快充为例，半导体职业资深出资人老周（化名）给记者算了笔账：“小米GaN快充的单价是149元，方针是年销售100万个，这便是1.5亿元销售额。对一个产品来说，是很不错的成果。但假如把运用的GaN芯片换算成晶圆，也便是300～500片的数量。关于晶圆厂，这都不算量产，至多是个样品出产阶段。”

  老周一向在重视GaN功率商场的状况。据他接连5年的调查来看，整个商场还没有真实起量。

  姑苏能讯总经理任勉亦以为，功率GaN仍是一个充溢竞赛的范畴，对其本钱要求比较高，需求与硅资料比拼本钱、功用，其工业展开还不行老练。

  5G商场状况相同如此。依据业界的一致，2W以下的场景首要运用了GaAs PA，2W以上的场景由LDMOS（横向分散金属氧化物半导体）PA和GaN PA占有。GaAs比较合适微基站，而GaN工艺合适用于宏基站大功率输出场景。

  LDMOS是GaN在宏基站中最首要的对手。5G频谱散布在6GHz以下及28GHz以上毫米波的波段，频率越高，LDMOS工艺的器材功用下降越多，因而其首要用在低频段安置中。

  国内一家做宏基站PA的公司负责人赵林（化名）说：“5G的宏基站中，3GHz以上GaN在代替LDMOS，可是3GHz以内依然以LDMOS为主。”

  价格是一个重要的要素。依据5G 基站的上游收购价格，拓璞剖析，现在用于 3.5GHz 频段的 5G 宏基站，选用 LDMOS 工艺的PA单扇区的价格超越了400美元，选用 GaN 工艺的PA价格则超越了700 美元。”

  不过，5G根底设施对高密度、小尺度天线阵列的需求，导致射频体系中对功率和热办理处理的难度大增，GaN能效高、功率密度高，习惯频率规划更宽，有才干应对5G基站小型化的趋势。

  因而，GaN占主导的趋势益发显着。国内的基站设备商在安置5G时选用了许多GaN PA，其他国家的基站厂商在PA技能上也在跟从。

  尽管局势大好，可是因为技能老练度和5G安置的原因，“这个商场真实要起量，仍是在下一年。”老周判别。

  GaN工业链包含上游的资料（衬底和外延）、中游的器材和模组、下流的体系和运用。

  GaN资料的制备，首要包含衬备和外延工艺两大环节。 衬底是由半导体单晶资料制作而成的晶圆片，可以直接进入晶圆制作环节出产半导体器材，也可以进行外延工艺加工出产外延片。外延是指在单晶衬底上成长一层新单晶的进程，新单晶可以与衬底为同一资料，也可以是不同资料。外延可以出产品种更多的资料，使器材规划有更多挑选。

  蓝宝石是GaN开端运用的衬底资料，也是最老练的资料，大部分光电运用的GaN器材都是经过这种衬造的。新式的两种衬底是Si和SiC，即GaN-on-Si（硅基氮化镓）和GaN-on-SiC（碳化硅基氮化镓）。

  大部分的厂商运用GaN-on-SiC来出产GaN射频器材。SiC和GaN的晶格匹配度杰出，并且SiC还有高热导率的功用，便于功率密度很高的GaN射频器材快速导出热量。

  后起之秀Si衬底有更低的价格，但一起热导率也比SiC低。凭仗老练的Si工艺，GaN-on-Si可以用规范工艺处理更大的晶圆，大幅降低了出产本钱，其晶圆本钱只要SiC基的百分之一。

  SiC 衬底的干流尺度是 4～6 英寸，8 英寸衬底已由 II-VI 公司和 Cree 公司研制成功。其间，半导电型 SiC 衬底以 n 型衬底为主，首要用于光电子器材、电力电子器材等。半绝缘型 SiC 衬底首要用于外延制作GaN 高功率射频器材。

  比较之下，GaN-on-Si功用略逊于GaN-on-SiC，但现在工艺水平制作的器材已能到达 LDMOS 原始功率密度的5～8 倍，在高于2GHz的频率作业时，本钱与平等功用的LDMOS 收支不大。

  MACOM公司就发布了一组数据，显现假如规划恰当，Si基GaN的功用是可以和SiC基GaN功用相同牢靠的。

  ST（意法半导体）是GaN-on-Si RF职业的抢先者，现在在与MACOM协作，瞄准全球5G基站运用，正在扩展6英寸GaN-on-Si产能，并方案进一步扩展至8英寸晶圆。两边在意大利 Catania 和新加坡别离建造射频放大器晶圆厂，首要是 6寸/8寸的 GaN-on-Si 产品，两个基地在 2022 年产值估计达 30 亿美元，制程工艺由 0.5μm向 0.25μm 和 0.15μm 演进。

  看好GaN的远景，台积电、英特尔等巨子也开端涉足于该范畴，进行GaN-on-Si的代工开发。因为这些公司把握了先进的制程工艺和巨大的资源，整个职业的天平现已开端向GaN-on-Si倾斜了。

  从1986年两步成长法得到高质量GaN外推迟开端，该资料现已在欧美日等国阅历了三十多年的展开进程，形成了较为老练的工业体系。

  国内展开GaN的大规划正式研讨是在2008年之后，以政府部门为主导，经过专项的方式展开。经过十多年的展开，现在现已初具规划。特别是近几年，因为工业出资热度居高不下，职业展开敏捷。2019 年，据 CASA（第三代半导体工业技能创业战略联盟）核算，GaN相关的严重出资就有3起，触及金额45亿元。

  与国外企业比较，我国本乡企业在技能堆集上有着较大的间隔。可是，两边现在站在了同一起跑线上。“整个商场才刚刚起步，像手机快充这种商场，本乡厂商有更多的时机切入，这样就能取得许多的验证和迭代的时机。”老周以为本乡厂商更挨近终端商场，有许多时机拉进间隔，“假如本乡公司能跟终端厂可以把战略协同做好，彻底有时机成为一个世界级的氮化镓器材公司。”

  机会都是伴跟着应战的。因为技能的演进，巨子的参与，整个GaN职业也正在分解。传统的IDM形式和新式的Fabless+代工形式并存，给国内厂商的途径挑选也带来必定的困惑。

  IDM形式的长处是全出产链自我操控，可削减危险。特别是面向基站和轿车等职业商场，产品倾向定制化，更新换代周期长，产品功用的牢靠性和安稳性要求更高，技能难度大。加之商场空间较小，难以有满足的赢利空间供规划企业和制作企业同享，选用IDM形式更能确保产品功用和赢利。

  姑苏能讯总经理任勉就表明，IDM形式是从外延资料的成长、器材的规划，到工艺制作根本都由一个工厂独立完结。这就相当于把曩昔传统的资料、规划、工艺整合在一起。仅仅，在这样的一个布景下，射频器材的许多出货，供应链运营是一个最大的难题。

  不过，跟着产品的集成度提高，代工形式也天然的在GaN职业产生了。尤其是在功率器材范畴，GaN的本钱更灵敏，需求更大尺度的晶圆来降低本钱，这只要代工厂能走做到。

  我国台湾的稳懋就瞄准5G基站，主打GaN-on-SiC范畴。环宇也具有4寸GaN-on-SiC高功率PA 产能，且6寸GaN-on-SiC 晶圆代工产能现已过认证。

  在GaN-on-Si方面，台积电现在已供给小批量6寸GaN-on-Si晶圆代工服务，650V和 100V GaN芯片技能途径，估计本年开发完结。世界先进也在2020年对GaN产品将进行小量样品送样。

  在我国大陆地区，三安集成和海威华芯具有量产GaN功率器材的才干。三安集成是三安光电部属子公司，主营GaN和GaAs技能相关事务，是一家专门从事化合物半导体制作的代工厂。海威华芯则是国内首家供给6寸GaAs/GaN微波集成电路（GaAs/GaN MMIC）的纯晶圆代工服务的制作企业。据悉，公司的氮化镓已成功打破6寸GaN晶圆键合技能。

  挑选IDM仍是代工形式并无结论，终究仍是要看公司在商场中的定位和本身的水平。现在最要害的是，对全职业来说，起跑后能否冲出围住。

  任勉以为：“与国外公司比较，国内企业无论是技能的全面性，仍是产能规划、供应链的运营水平，以及整个处理方案落地才干、客户途径等等，都存在间隔。所以说咱们无法敏捷超车，咱们应该要正视这个实践。”

  “技能层面不是一天两天能赶上的，近几年工业频出弯道超车的说法，但我个人不太认同，公司仍是需求吸纳人才，耐得住孤寂，不断堆集，练好内功，才干不断缩小与世界厂商的间隔。”赵林表明。

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