化合物半導體相比矽半導體具有高頻率、大功率等優異性能, 是未來5G通信不可替代的核心技術, 將在5G通信中大量使用。
當前GaAs/GaN化合物半導體射頻器件已在4G通信、有源相控陣雷達、衛星通信等領域得到應用。
性能優異的化合物半導體將在5G通信中大量使用
5G智慧手機將大量使用GaAs射頻器件。 GaAs射頻功率放大器具有比Si器件更高的工作頻率。 隨著移動通信頻率不斷提高, Si器件已不能滿足性能要求, 4G智慧手機中的功率放大器已全部採用GaAs技術。
5G通信基站亟需更高性能的GaN射頻器件。 GaN射頻功率放大器兼具Si器件的大功率和GaAs器件的高頻率特點。 為了應對2.4 GHz以上頻段Si器件工作效率快速下降的問題, 4G通信基站開始使用GaN功率放大器。 目前約10%的基站採用GaN技術, 占GaN射頻器件市場的50%以上。 未來5G通信頻率最高可達85 GHz, 是GaN發揮優勢的頻段, 使得GaN成為5G核心技術。 全球每年新建約150萬座基站,
發達國家已完成戰略佈局, 並對中國實行技術封鎖
發達國家已完成化合物半導體的戰略佈局。 由於化合物半導體具備優異的性能和廣闊的應用前景, 美國和歐洲在21世紀初已開始佈局, 發佈技術和產業扶持計畫, 並培育了一批龍頭企業, 已佔領技術和市場的高地, 為5G通信發展奠定了基礎。 美國國防部先進研究專案局(DARPA)從2002年起先後發佈寬禁帶化合物半導體技術創新計畫(WBGSTI計畫)和下一代GaN電子器件計畫(NEXT計畫), 幫助美國本土的Qorvo、Cree等化合物半導體企業迅速成長為行業龍頭。
國際巨頭佔據化合物半導體射頻器件市場主導地位。 4G智慧手機用的GaAs射頻放大器市場中, 美國Skyworks、Qorvo和Broadcom三家公司的市場佔有率接近90%。 GaN基站市場集中于日本住友電工、美國Cree和Qorvo三家企業手中。 製造成熟度方面, Qorvo公司自2008年至今已出貨260萬件GaN器件產品, 其中17萬件應用于雷達領域。 Cree公司於2014年初宣佈其GaN射頻器件累計銷售量已超過100萬件。
Qorvo和Raytheon公司的GaN產品已分別達到美國國防部的製造成熟度評估(MRL)第9級和第8級。 第9級意味著GaN器件的製造工藝已滿足最佳性能、成本和容量的目標要求, 準備開始全速率生產。
國際對中國實行核心技術封鎖,
中國化合物半導體市場巨大、基礎良好、產業活躍
中國開始擁有全球5G通信發展的話語權,為化合物半導體提供廣闊市場。中國是全球移動通信的重要市場,華為、中興是全球第二大和第四大通信基站供應商,華為、OPPO、vivo是全球前五大智慧手機企業。中國已建成全球最大的4G網路,基站數量超過200萬,用戶數量突破5億。自主品牌智慧手機每年出貨量近5億部。Skyworks、Qorvo等化合物半導體企業在中國的銷售額均占公司總銷售額的60%以上。
2013年,中國成立IMT-2020(5G)推進組,力爭成為全球5G標準制定的領導者。中國推動的極化碼方案(Polar Code)被國際通信標準組織3GPP採納為5G控制通道編碼方案之一。
國內具備一定的化合物半導體製造技術儲備和產業基礎。一是高校和研究機構正加速技術的產業化。中科院、北京大學、中電科13所、29所、55所等在化合物半導體領域具備較強實力,依託軍工等市場積累了技術和人才,通過技術轉化和合作成立了中科晶電、海威華芯等企業。二是LED晶片與化合物半導體製造流程相似,提供了產業基礎。LED是基於化合物半導體的光電器件,在襯底、外延和器件環節具有技術互通性。中國LED晶片產業在全球佔據重要地位,產業配套較成熟,可支撐化合物半導體產業發展。國家積體電路產業投資基金已入股LED晶片龍頭企業三安光電公司,投資新建化合物半導體生產線,規劃產能為36萬片/年。
國內GaAs設計企業不斷湧現,正積極研發4G產品。國內目前擁有各類手機功率放大器(PA)設計企業近20家,漢天下、紫光展銳、唯捷創芯等企業發展迅速,出貨量位列前茅,已經在2G和3G手機PA市場佔據重要市場地位。在全球2G市場,漢天下已佔據64%的市場份額。在全球3G市場,漢天下佔據42%。國內設計企業正在積極研發4G PA產品。紫光展銳的4G PA已於2016年12月通過高通公司的平臺認證。漢天下的4G PA已實現5-10家客戶量產出貨,可實現三模和五模覆蓋,月出貨量超過100萬套。廣州智慧微電子公司、深圳國民飛驤科技有限公司、唯捷創芯公司均已在GaAs基4G PA技術上實現突破。大陸設計企業目前主要選擇在臺灣穩懋等代工廠製造,隨著三安集成公司和海威華芯公司已建成GaAs器件生產線填補大陸代工製造空白,未來大陸GaAs設計企業將更傾向於委託大陸代工廠製造,共同提升在國際市場的競爭力。
(作者朱邵歆,供職於工信部賽迪智庫積體電路研究所)
對企業造成了幾近毀滅性打擊。基於化合物半導體的功率放大器、光通信晶片等均在限制目錄中。2017年3月,中興以近12億美元的罰款與美國政府和解,方才化解危機。中國化合物半導體市場巨大、基礎良好、產業活躍
中國開始擁有全球5G通信發展的話語權,為化合物半導體提供廣闊市場。中國是全球移動通信的重要市場,華為、中興是全球第二大和第四大通信基站供應商,華為、OPPO、vivo是全球前五大智慧手機企業。中國已建成全球最大的4G網路,基站數量超過200萬,用戶數量突破5億。自主品牌智慧手機每年出貨量近5億部。Skyworks、Qorvo等化合物半導體企業在中國的銷售額均占公司總銷售額的60%以上。
2013年,中國成立IMT-2020(5G)推進組,力爭成為全球5G標準制定的領導者。中國推動的極化碼方案(Polar Code)被國際通信標準組織3GPP採納為5G控制通道編碼方案之一。
國內具備一定的化合物半導體製造技術儲備和產業基礎。一是高校和研究機構正加速技術的產業化。中科院、北京大學、中電科13所、29所、55所等在化合物半導體領域具備較強實力,依託軍工等市場積累了技術和人才,通過技術轉化和合作成立了中科晶電、海威華芯等企業。二是LED晶片與化合物半導體製造流程相似,提供了產業基礎。LED是基於化合物半導體的光電器件,在襯底、外延和器件環節具有技術互通性。中國LED晶片產業在全球佔據重要地位,產業配套較成熟,可支撐化合物半導體產業發展。國家積體電路產業投資基金已入股LED晶片龍頭企業三安光電公司,投資新建化合物半導體生產線,規劃產能為36萬片/年。
國內GaAs設計企業不斷湧現,正積極研發4G產品。國內目前擁有各類手機功率放大器(PA)設計企業近20家,漢天下、紫光展銳、唯捷創芯等企業發展迅速,出貨量位列前茅,已經在2G和3G手機PA市場佔據重要市場地位。在全球2G市場,漢天下已佔據64%的市場份額。在全球3G市場,漢天下佔據42%。國內設計企業正在積極研發4G PA產品。紫光展銳的4G PA已於2016年12月通過高通公司的平臺認證。漢天下的4G PA已實現5-10家客戶量產出貨,可實現三模和五模覆蓋,月出貨量超過100萬套。廣州智慧微電子公司、深圳國民飛驤科技有限公司、唯捷創芯公司均已在GaAs基4G PA技術上實現突破。大陸設計企業目前主要選擇在臺灣穩懋等代工廠製造,隨著三安集成公司和海威華芯公司已建成GaAs器件生產線填補大陸代工製造空白,未來大陸GaAs設計企業將更傾向於委託大陸代工廠製造,共同提升在國際市場的競爭力。
(作者朱邵歆,供職於工信部賽迪智庫積體電路研究所)