スーパー “力” 5Gの – 窒化ガリウム(GaN)
スーパー “力” 5Gの – 窒化ガリウム(GaN)
世界は5Gテクノロジーに興奮しています. 5Gは超高速を実現します 20 4G LTE より数倍高速であり、私たちの想像を超える多くの革新的なアプリケーションと機会を開きます。しかし、既存のネットワーク インフラストラクチャ、特に RF 電力アプリケーションのオーバーホールも必要です。. GaN技術は、この新しいタイプのインフラストラクチャを推進する鍵です.
窒化ガリウム (GaN) 比較的です 新しい半導体 商業用途向け. その電力効率, 電力密度, より広い周波数範囲を処理できるため、大規模 MIMO 基地局に最適です。.
今日, 半導体としてのGaNの価値について議論します, 業界チェーンにおけるその分布, 生産プロセスの主要な課題, GaN アプリケーションに期待できること.
1 GaN半導体の価値
窒化ガリウム (GaN) 以下の特性を持つワイドバンドギャップ化合物半導体材料です。.
(1) 高い破壊電界強度により、窒化ガリウムパワーデバイスの電流密度と耐電圧容量が大幅に向上します。, 伝導損失を低減しながら.
(2) 広いバンドギャップと大きな禁制帯幅により、GaN 半導体デバイスの漏れ電流が大幅に減少し、放射線に対する耐性が得られます。. 同時に, バンドギャップが広いということは、窒化ガリウムが高電圧に耐えられることを意味します, 高電圧とは高電力アプリケーションを意味します, 高い出力エネルギー密度と高温耐性を実現可能.
(3) 熱伝導率が高く、放熱性に優れています。, これは、窒化ガリウムデバイスの集積度と電力密度が従来のコンポーネントよりも高くなる可能性があることを意味します。.
(4) 電子飽和ドリフトが速く、より高い周波数でも動作可能.
(5) 誘電率が小さい, 集積回路の漏れ電流を減らすことができます, ワイヤ間の静電容量の影響を軽減します, 集積回路の発熱を軽減します.
(6) 化学的特性が安定しており、腐食しにくいです。.
(7) ウルツ鉱型構造, 高硬度.
これらの特性により、窒化ガリウムが 5G RF の注目を集めるようになりました。. GaN は電子製品の軽量化をより適切にサポートできます. 例えば, GaN トランジスタを使用した PC 電源アダプタは、現在一般的な充電器よりも小さくて軽い.
第三者機関の計算によると, GaNデバイス使用後, 標準的な携帯電話充電器は最大で重量を減らすことができます 40%. または、同じサイズの条件でより多くのパワーを出力します, エネルギー効率と電力密度の点でも同様のパフォーマンス向上を達成できます。, 民生用などのさまざまな電子製品に適しています, 工業用, および自動車.
2 GaN半導体産業チェーン
GaN半導体産業チェーンのつながりは次のとおりです。: GaN単結晶基板→GaN材料エピタキシー→デバイス設計→デバイス製造.
(1) GaN単結晶基板
GaN基板は主に日本企業が独占, 日本の住友電工は200以上の市場シェアを持っています。 90%.
(2) GaNエピタキシャルウェーハ
GaNエピタキシャルウェーハ関連企業は主にベルギーのEpi-GaNなど, 英国のIQE, 日本のNTT-ATと. 中国メーカーには蘇州京振などがある, 蘇州能華と世紀金剛.
(3) GaNデバイス
GaNデバイス設計者の観点から, EPCがあります, マーコム, トランスフォム, 米国のナビタス, ドイツでの対話, とアンプレオン, 中国資本に買収された, 中国で.
世界中の独立した設計および製造サプライヤーの中で (IDM) GaN RFデバイスの, 住友電工とクリーは業界の大手企業です, 以上の市場シェアを持つ 30%, 続いてQorvoとMACOM. 住友電工は無線通信分野で高いシェアを誇る. ファーウェイの中核サプライヤーとなり、ファーウェイのGaN高周波デバイスの最大サプライヤーとなった。. 加えて, フランスにはエグサガンがいる, オランダのNXP, ドイツのインフィニオン, 日本の三菱電機, 米国では II ～ VI.
3 GaNデバイスの主な製造工程
1 つは、基板として炭化ケイ素 SiC をベースとした窒化ガリウム GaN RF プロセスです。, Qorvo およびほとんどのメーカーで使用されています. 1 つは、シリコン Si を基板として使用する Macom が主導する窒化ガリウム GaN 高周波プロセスです。.
どちらの RF プロセスにもそれぞれ長所と短所があります。Qorvo によると, GaN-on-シリコンカーバイドベースのGaN RFプロセスは、GaN-on-シリコンベースのGaNよりも高い出力密度と優れた熱伝導性を備えています。.
4 解決すべき問題
①窒化ガリウム半導体材料は製造プロセスが比較的複雑で、従来のシリコン半導体材料に比べて歩留まりが低い.
②窒化ガリウム半導体材料の価格が高い, 窒化ガリウム半導体材料を使用したMOSチューブの価格はほぼ 20 従来のシリコン半導体材料の数倍.
③窒化ガリウム半導体の製造プロセスや部品特許は欧州等に多数保有, アメリカ, 日本と韓国, また、かなりの数の主要コンポーネントもインポートに依存しています。.
5 窒化ガリウムの用途
コミュニケーション分野: 5G高出力基地局GaNパワーアンプは主に5G高出力基地局で使用されます, 5Gモバイルネットワークにおける狭いエリアだが比較的集中したデータトラフィックリクエストの問題を解決します。. 5Gミリ波基地局用GaNモノリシックパワーアンプは超広帯域と超低遅延の特性を備えている.
電気自動車などのパワー半導体分野, 太陽光発電とスマートグリッド: 現在のところ, 電気自動車に使用されるIGBT, 太陽光発電, スマートグリッドなどの分野はシリコン系材料. 将来は, 窒化ガリウム技術はさらなる飛躍を遂げ、IGBT半導体分野に浸透する. 加えて, 多くの携帯電話の急速充電ソリューションも窒化ガリウム ソリューションを使用しています.
特に600V程度の電圧では, 窒化ガリウムには電力管理において明らかな利点があります, 発電と出力, これにより、窒化ガリウム材料のパワー製品がより薄く、より効率的になります。.
また、GaN 充電プラグは小型で高出力です。, 将来的には携帯電話の充電器と通信電力市場を統合する機会がある.
軍事分野: さまざまな軍用レーダー装置に広く使用されています, 特に新型戦闘機の空中アクティブフェーズドアレイレーダー装置.
電子分野: 窒化ガリウムトランジスタは高周波に適しています, 高電圧および高温の場合. シリコンベースのMOSFETではなく窒化ガリウムトランジスタをベースとしています, 同期整流機能を備えたハードスイッチングハーフブリッジDC/DCパワーモジュールを生産.
GaN トランジスタの使用により、効率を大幅に低下させることなく、DC/DC パワー モジュールをより高い周波数で動作させることができます。, 同時に, 小さなLCフィルタを使用して、低出力リップルを実現できます。, サイズが小さいという利点があります, 高効率, リップルが小さく、動的応答が速い.
