GaN(氮化镓)射頻器件市場分析
發布時間:2010-06-04 來源:電子元件技術網
機遇與挑戰:
氮化镓並非革命性的晶體管技術,這種新興技術逐漸用於替代橫向擴散金屬氧化物矽半導體(Si LDMOS)和砷化镓(GaAs)晶體管技術以及某些特定應用中的真空管。
與現有技術相比,氮化镓(GaN)的優勢在於更高的漏極效率、更大的帶寬、更高的擊穿電壓和更高的結溫操作,這些特點經常作為推動其批量生產的重要因素,但在價格、可用性和器件成熟度方麵還需加以綜合考量。
氮化镓(GaN)適合的應用有:
1. 無線通信應用
• LTE(長期演進,0.7到2.6GHz)
• 3G BTS [基站] (0.8到2.7GHz)
• Wi-MAX (2.3 to 5GHz)
2. 國防應用
• 雷達
• 電子對抗
3. 數據廣播應用
• 有線電視(CATV)(小於1GHz)
• 衛星通信(13GHz到14GHz)
• 甚小孔徑終端(VSAT)(12GHz到40GHz)
氮化镓(GaN)器件市場預計在2007年會到達1600萬美元,其中的70%用於研發項目和技術評估。國防項目占其市場總額的11%,這在很大程度上歸因於美國國防部(DOD)或者美國國防部高級研究計劃局(DARPA)的合同,以及歐洲航天局(ESA)的研發合同。整體市場有望在2008年翻一番。
樂觀人士預計,到2012年,這一市場將增至1.7億美元,主要因為:
• 氮化镓(GaN)全麵進入3G基站市場,取代橫向擴散金屬氧化物矽半導體(Si LDMOS)。
• 國防市場保持熱度並繼續為新的氮化镓(GaN)研發項目提供資金
• Wi-MAX產業廣泛采用氮化镓(GaN)技術,隨著2010年LTE網絡推出,這一情況進一步加強。
這種預測基於一個錯誤的假設,即橫向擴散金屬氧化物矽半導體(Si LDMOS)和砷化镓(GaAs)技術的發展停滯不前。在民用市場,橫向擴散金屬氧化物矽半導體(Si LDMOS)在價格和性能上可能會對氮化镓(GaN)造成強有力的挑戰,例如LTE和CATV市場,如果Wi-MAX繼續限定在3.5GHz子頻譜上,那麼氮化镓(GaN)在Wi-MAX市場前景黯淡。對於甚小孔徑終端(VSAT)應用,砷化镓(GaAs)在價格和性能上可能會對氮化镓(GaN)造成強有力的挑戰。這些因素相結合,可能令2012年氮化镓(GaN)市場的樂觀預計下降達50%。
氮化镓(GaN)晶(jing)體(ti)管(guan)技(ji)術(shu)最(zui)有(you)可(ke)能(neng)的(de)長(chang)期(qi)客(ke)戶(hu)是(shi)國(guo)防(fang)市(shi)場(chang)和(he)衛(wei)星(xing)通(tong)信(xin)市(shi)場(chang)。這(zhe)兩(liang)個(ge)市(shi)場(chang)目(mu)前(qian)正(zheng)在(zai)全(quan)球(qiu)資(zi)助(zhu)研(yan)發(fa)項(xiang)目(mu),並(bing)且(qie)願(yuan)意(yi)支(zhi)付(fu)額(e)外(wai)經(jing)費(fei),確(que)保(bao)氮(dan)化(hua)镓(jia)(GaN)擁有更成熟的半導體技術,從而獲得可靠的益處。預計國防市場的價值將2012年達到4000萬美元,而衛星通信市場的估值在100萬美元。
公布的氮化镓(GaN)器件性能
在MTT-S國際微波研討會(IMS 2008)上,許多公司都宣布經過證實的性能記錄,作為當今器件基準:
這些記錄是:
1. RFMD推出了400W、2.9到3.5GHz的氮化镓(GaN)高電子遷移率晶體管(HEMT),用於雷達係統中的批量發射機。該公司宣稱其在200C結溫下的可靠性為1E6小時,特別適合用於替換行波管的固態設計。
2. 東芝推出了一係列50W X頻帶窄帶器件,其工作頻率在8到12GHz的頻帶範圍內。東芝還推出了用於衛星通信的50W Ku頻帶器件,采用14.0GHz到14.5GHz 的頻帶。東芝宣稱其2010年產品研發路線圖包括推出一個150W C頻帶器件,一個100W X頻帶器件,一個100W Ku頻帶器件和一個10W Ka頻帶器件(18到 42GHz)。
3. 鬆下宣布針對未來毫米波通信係統的接收機開發氮化镓(GaN)集成電路(IC)。已經開發出的放大器IC可在26GHz頻率下達到22dB的增益,在如此之高的頻率上,這個增益值創造了氮化镓(GaN)類IC的世界記錄。
4. CREE公司宣稱實現了最高的漏極效率,即在500MHz到2.5GHz範圍內對於90W的器件漏極效率可達55%。
來自CREE、Nitronex、RFMD和Eudyna這些關鍵廠商的現成商業器件性能可靠,並且針對低頻(小於6GHz)的國防應用或窄帶無線通信應用經過優化。有了適當的結合技術,例如MILMEGA公司使用的技術,它們展現出將來有能力在X頻帶和Ku頻帶建設高功率固態發射機結構,類似於目前在L、S和C頻帶。
- 氮化镓將逐漸替代以往的晶體管技術以及某些特定應用中的真空管
- 氮化镓晶體管技術最有可能的長期客戶是國防市場和衛星通信市場
- 預計國防市場的價值將2012年達到4000萬美元
- 衛星通信市場的估值在100萬美元
氮化镓並非革命性的晶體管技術,這種新興技術逐漸用於替代橫向擴散金屬氧化物矽半導體(Si LDMOS)和砷化镓(GaAs)晶體管技術以及某些特定應用中的真空管。
與現有技術相比,氮化镓(GaN)的優勢在於更高的漏極效率、更大的帶寬、更高的擊穿電壓和更高的結溫操作,這些特點經常作為推動其批量生產的重要因素,但在價格、可用性和器件成熟度方麵還需加以綜合考量。
氮化镓(GaN)適合的應用有:
1. 無線通信應用
• LTE(長期演進,0.7到2.6GHz)
• 3G BTS [基站] (0.8到2.7GHz)
• Wi-MAX (2.3 to 5GHz)
2. 國防應用
• 雷達
• 電子對抗
3. 數據廣播應用
• 有線電視(CATV)(小於1GHz)
• 衛星通信(13GHz到14GHz)
• 甚小孔徑終端(VSAT)(12GHz到40GHz)
氮化镓(GaN)器件市場預計在2007年會到達1600萬美元,其中的70%用於研發項目和技術評估。國防項目占其市場總額的11%,這在很大程度上歸因於美國國防部(DOD)或者美國國防部高級研究計劃局(DARPA)的合同,以及歐洲航天局(ESA)的研發合同。整體市場有望在2008年翻一番。
樂觀人士預計,到2012年,這一市場將增至1.7億美元,主要因為:
• 氮化镓(GaN)全麵進入3G基站市場,取代橫向擴散金屬氧化物矽半導體(Si LDMOS)。
• 國防市場保持熱度並繼續為新的氮化镓(GaN)研發項目提供資金
• Wi-MAX產業廣泛采用氮化镓(GaN)技術,隨著2010年LTE網絡推出,這一情況進一步加強。
這種預測基於一個錯誤的假設,即橫向擴散金屬氧化物矽半導體(Si LDMOS)和砷化镓(GaAs)技術的發展停滯不前。在民用市場,橫向擴散金屬氧化物矽半導體(Si LDMOS)在價格和性能上可能會對氮化镓(GaN)造成強有力的挑戰,例如LTE和CATV市場,如果Wi-MAX繼續限定在3.5GHz子頻譜上,那麼氮化镓(GaN)在Wi-MAX市場前景黯淡。對於甚小孔徑終端(VSAT)應用,砷化镓(GaAs)在價格和性能上可能會對氮化镓(GaN)造成強有力的挑戰。這些因素相結合,可能令2012年氮化镓(GaN)市場的樂觀預計下降達50%。
氮化镓(GaN)晶(jing)體(ti)管(guan)技(ji)術(shu)最(zui)有(you)可(ke)能(neng)的(de)長(chang)期(qi)客(ke)戶(hu)是(shi)國(guo)防(fang)市(shi)場(chang)和(he)衛(wei)星(xing)通(tong)信(xin)市(shi)場(chang)。這(zhe)兩(liang)個(ge)市(shi)場(chang)目(mu)前(qian)正(zheng)在(zai)全(quan)球(qiu)資(zi)助(zhu)研(yan)發(fa)項(xiang)目(mu),並(bing)且(qie)願(yuan)意(yi)支(zhi)付(fu)額(e)外(wai)經(jing)費(fei),確(que)保(bao)氮(dan)化(hua)镓(jia)(GaN)擁有更成熟的半導體技術,從而獲得可靠的益處。預計國防市場的價值將2012年達到4000萬美元,而衛星通信市場的估值在100萬美元。
公布的氮化镓(GaN)器件性能
在MTT-S國際微波研討會(IMS 2008)上,許多公司都宣布經過證實的性能記錄,作為當今器件基準:
這些記錄是:
1. RFMD推出了400W、2.9到3.5GHz的氮化镓(GaN)高電子遷移率晶體管(HEMT),用於雷達係統中的批量發射機。該公司宣稱其在200C結溫下的可靠性為1E6小時,特別適合用於替換行波管的固態設計。
2. 東芝推出了一係列50W X頻帶窄帶器件,其工作頻率在8到12GHz的頻帶範圍內。東芝還推出了用於衛星通信的50W Ku頻帶器件,采用14.0GHz到14.5GHz 的頻帶。東芝宣稱其2010年產品研發路線圖包括推出一個150W C頻帶器件,一個100W X頻帶器件,一個100W Ku頻帶器件和一個10W Ka頻帶器件(18到 42GHz)。
3. 鬆下宣布針對未來毫米波通信係統的接收機開發氮化镓(GaN)集成電路(IC)。已經開發出的放大器IC可在26GHz頻率下達到22dB的增益,在如此之高的頻率上,這個增益值創造了氮化镓(GaN)類IC的世界記錄。
4. CREE公司宣稱實現了最高的漏極效率,即在500MHz到2.5GHz範圍內對於90W的器件漏極效率可達55%。
來自CREE、Nitronex、RFMD和Eudyna這些關鍵廠商的現成商業器件性能可靠,並且針對低頻(小於6GHz)的國防應用或窄帶無線通信應用經過優化。有了適當的結合技術,例如MILMEGA公司使用的技術,它們展現出將來有能力在X頻帶和Ku頻帶建設高功率固態發射機結構,類似於目前在L、S和C頻帶。
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