슈퍼 “힘” 5G의 – 질화갈륨(GaN)
전 세계가 5G 기술에 열광. 5G는 번개처럼 빠른 속도를 제공합니다. 20 4G LTE보다 몇 배 더 빠르며 우리의 상상을 초월하는 많은 혁신적인 애플리케이션과 기회를 열어줍니다. 그러나 기존 네트워크 인프라, 특히 RF 전력 애플리케이션을 점검해야 합니다.. GaN 기술은 이 새로운 유형의 인프라를 구동하는 열쇠입니다..
질화갈륨 (GaN) 상대적이다 새로운 반도체 상업용 애플리케이션의 경우. 전력 효율성, 출력 밀도, 더 넓은 주파수 범위를 처리할 수 있어 대규모 MIMO 기지국에 이상적입니다..
오늘, 우리는 반도체로서 GaN의 가치에 대해 논의할 것입니다, 산업 체인에서의 분포, 주요 생산 공정 과제, GaN 애플리케이션에서 기대할 수 있는 것.
1 GaN 반도체의 가치
질화갈륨 (GaN) 다음과 같은 특성을 갖는 와이드 밴드갭 화합물 반도체 소재입니다..
(1) 높은 항복 전계 강도로 질화 갈륨 전력 장치의 전류 밀도 및 내전압 용량이 크게 향상됩니다., 전도 손실을 줄이면서.
(2) 넓은 밴드 갭과 큰 금지 밴드 폭은 GaN 반도체 소자의 누설 전류를 크게 줄이고 방사선에 대한 저항성을 높입니다.. 동시에, 밴드 갭이 넓다는 것은 질화갈륨이 고전압을 견딜 수 있다는 것을 의미합니다., 고전압은 고전력 애플리케이션을 의미합니다., 높은 출력 에너지 밀도와 고온 저항을 얻을 수 있습니다..
(3) 높은 열전도율과 우수한 방열 성능, 이는 질화갈륨 장치의 통합 및 전력 밀도가 기존 구성 요소보다 높을 수 있음을 의미합니다..
(4) 전자 포화 드리프트는 빠르고 더 높은 주파수에서 작동할 수 있습니다..
(5) 유전율이 작다, 이는 집적 회로의 누설 전류를 줄일 수 있습니다., 와이어 사이의 커패시턴스 효과를 줄입니다., 집적 회로의 가열을 줄입니다..
(6) 화학적 성질은 안정적이고 부식되기 쉽지 않습니다..
(7) Wurtzite와 같은 구조, 높은 경도.
이러한 특성으로 인해 질화갈륨이 5G RF 스포트라이트를 받게 되었습니다.. GaN은 전자 제품의 경량화를 더 잘 지원할 수 있습니다.. 예를 들어, GaN 트랜지스터를 사용하는 PC 전원 어댑터는 오늘날 일반적인 충전기보다 작고 가볍습니다..
제3자 계산에 따르면, GaN 장치 사용 후, 표준 휴대폰 충전기는 무게를 최대로 줄일 수 있습니다. 40%. 또는 동일한 크기 조건에서 더 많은 전력을 출력합니다., 에너지 효율성과 전력 밀도 측면에서 유사한 성능 향상을 달성할 수 있습니다., 소비자 등 다양한 전자제품에 적합한 제품입니다., 산업의, 그리고 자동차.
2 GaN 반도체 산업 체인
GaN 반도체 산업 체인의 링크는 다음과 같습니다.: GaN 단결정 기판 → GaN 재료 에피택시 → 소자 설계 → 소자 제조.
(1) GaN 단결정 기판
GaN 기판은 주로 일본 기업이 독점, 일본 스미토모전기의 시장점유율은 90%.
(2) GaN 에피택셜 웨이퍼
GaN 에피택셜 웨이퍼 관련 기업으로는 주로 벨기에의 Epi-GaN이 있습니다., 영국의 IQE, 일본의 NTT-AT. 중국 제조업체에는 Suzhou Jingzhan이 포함됩니다., Suzhou Nenghua 및 Century Jinguang.
(3) GaN 장치
GaN 장치 설계자 측면에서, EPC가 있습니다, MA-COM, 트랜스폼, 미국 나비타스, 독일의 대화, 그리고 앰플론, 중국 자본이 인수한, 중국에서.
글로벌 독립 디자인 및 생산 공급업체 중 (IDM) GaN RF 장치의, Sumitomo Electric과 Cree는 업계 최고의 기업입니다., 이상의 시장점유율을 가지고 있는 30%, 그 뒤를 이어 Qorvo와 MACOM. 스미토모 전기는 무선 통신 분야에서 큰 시장 점유율을 차지하고 있습니다.. 화웨이의 핵심 공급업체이자 화웨이 GaN 무선 주파수 장치의 최대 공급업체가 되었습니다.. 게다가, 프랑스에는 Exagan이 있습니다, 네덜란드의 NXP, 독일의 인피니언, 일본 미쓰비시전기, 미국의 II-VI.
3 GaN 디바이스의 주요 생산 공정
하나는 탄화규소 SiC를 기판으로 하는 질화갈륨 GaN RF 공정이다., Qorvo 및 대부분의 제조업체에서 사용됩니다.. 하나는 실리콘 Si를 기판으로 기반으로 하는 Macom이 주도하는 질화갈륨 GaN 무선 주파수 공정입니다..
두 RF 프로세스 모두 고유한 장단점이 있습니다. Qorvo에 따르면, GaN-on-silicon carbide 기반 GaN RF 공정은 GaN-on-silicon 기반 GaN보다 더 높은 전력 밀도와 더 나은 열 전도성을 갖습니다..
4 해결해야 할 문제
① 질화갈륨 반도체 재료의 생산 공정은 상대적으로 복잡하고 수율은 기존 실리콘 반도체 재료보다 낮습니다..
②질화갈륨 반도체 재료의 가격이 높다, 질화갈륨 반도체 소재를 사용한 MOS 튜브의 가격은 거의 20 기존 실리콘 반도체 소재의 2배.
③ 질화갈륨 반도체 생산공정 및 부품특허 다수가 유럽 등 국가에 보유, 미국, 일본과 한국, 상당수의 핵심 부품도 수입에 의존하고 있습니다..
5 질화갈륨 응용 분야
커뮤니케이션 분야: 5G 고전력 기지국 GaN 전력 증폭기는 주로 5G 고전력 기지국에 사용됩니다., 5G 모바일 네트워크에서 면적은 작지만 데이터 트래픽 요청이 상대적으로 집중되는 문제를 해결합니다.. 5G 밀리미터파 기지국 GaN 모놀리식 전력 증폭기는 초광대역폭과 초저지연 특성을 가지고 있습니다..
전기차 등 전력반도체 분야, 태양광 발전 및 스마트 그리드: 현재, 전기차에 사용되는 IGBT, 태양광, 스마트그리드 등 분야는 실리콘 기반 소재. 앞으로, 질화갈륨 기술은 IGBT 반도체 분야에 더욱 획기적인 발전을 가져올 것입니다.. 게다가, 많은 휴대폰 고속 충전 솔루션도 질화갈륨 솔루션을 사용합니다..
특히 600V 정도의 전압에서, 갈륨 질화물은 전력 관리에 있어 확실한 이점을 가지고 있습니다., 발전 및 전력 출력, 질화갈륨 소재의 전력 제품을 더 얇고 효율적으로 만드는 방법.
그리고 GaN 충전 플러그는 크기가 작고 전력이 높습니다., 향후 휴대폰 충전기와 통신전력 시장을 통합할 수 있는 기회를 갖고 있습니다..
군사 분야: 다양한 군용 레이더 장치에 널리 사용되었습니다., 특히 신형 전투기의 공중 능동 위상배열 레이더 장치.
전자분야: 질화 갈륨 트랜지스터는 고주파에 적합합니다., 고전압 및 고온 상황. 실리콘 기반 MOSFET 대신 질화갈륨 트랜지스터 기반, 동기 정류 기능을 갖춘 하드 스위칭 하프 브리지 DC/DC 전원 모듈이 생산됩니다..
GaN 트랜지스터를 사용하면 DC/DC 전원 모듈이 효율성을 크게 떨어뜨리지 않고 더 높은 주파수에서 작동할 수 있습니다., 동시에, 작은 LC 필터를 사용하여 낮은 출력 리플 달성 가능, 크기가 작다는 장점이 있는, 고효율, 작은 리플과 빠른 동적 응답.
