多年來一直在醞釀的5G浪潮最終將在2019年到岸。早期（但極其有限）的服務(wù)推出將大張旗鼓，第一輪支持5G的設(shè)備將開始進(jìn)入市場(chǎng)。然而，更廣泛的商業(yè)部署仍然遙遙無期，從2020年到2025年將是一個(gè)緩慢但不斷增長(zhǎng)的浪潮。CCS Insight預(yù)測(cè)，到1年，全球?qū)⒂?億2023G用戶。思科表示，到5年，3G設(shè)備和連接將占全球移動(dòng)設(shè)備和連接的2022%，到12年，全球近5%的移動(dòng)流量將用于2022G蜂窩連接。

圍繞5G的狂熱是有根據(jù)的。更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬、更低的延遲和令人難以置信的快速數(shù)據(jù)速度的可用性將刺激各行各業(yè)的大量新應(yīng)用，從制造業(yè)到能源到運(yùn)輸?shù)鹊取?a href="http://www.nxhydt.com/v/" target="_blank">智能城市、智能制造、自動(dòng)駕駛汽車和互聯(lián)交通都可以通過5G的可用性來實(shí)現(xiàn)。

5G還圍繞提供滿足帶寬、延遲和數(shù)據(jù)速度新要求的連接所需的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)帶來了新的思維。它不僅需要在宏觀層面實(shí)現(xiàn)致密化——這意味著更多的基站——還需要在設(shè)備層面實(shí)現(xiàn)功率致密化。當(dāng)今的電信基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)需要最符合許多應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，包括熱量、速度、功率、效率、尺寸和成本。

RF設(shè)計(jì)人員可以使用多種類型的半導(dǎo)體，包括：

側(cè)向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體（LDMOS），一種利用硅晶圓襯底的具有高輸出功率能力的寬帶隙半導(dǎo)體材料

氮化鎵（GaN）是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，以其高水平的導(dǎo)熱性，熱容量和硬度以及對(duì)電離輻射的低敏感性而聞名，它利用硅或碳化硅（SiC）晶圓襯底。SiC上的GaN已被證明是無線通信的更好解決方案，因?yàn)樗哂袑?dǎo)熱性、材料匹配性、效率和總生命周期成本。

隨著5G的日益成熟，滿足其所有要求的技術(shù) - 特別是在5G使用的更高頻率下 - 是SiC上的GaN。

5G 挑戰(zhàn)

為什么5G在技術(shù)要求方面與前幾代無線技術(shù)如此不同？它分為三個(gè)關(guān)鍵要素：

需要更寬的帶寬。移動(dòng)數(shù)據(jù)的持續(xù)爆炸式增長(zhǎng)是有據(jù)可查的;思科的虛擬網(wǎng)絡(luò)指數(shù)顯示，到今年，對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)的需求將超過每月49艾字節(jié)的數(shù)據(jù) 2021.To 以更高的速度支持該級(jí)別的數(shù)據(jù)，需要利用更多的頻譜。頻譜帶越寬，數(shù)據(jù)傳輸速度越快。5G 標(biāo)準(zhǔn)允許更寬的頻段 （1 GHz+） 一個(gè)數(shù)量級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)更快的吞吐量。
然而，“如果你試圖在高功率下做寬帶寬，那么LDMOS在大多數(shù)時(shí)候都不會(huì)是最佳的，”Wolfspeed射頻產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用高級(jí)總監(jiān)Simon Wood說，“而SiC上的GaN可以輕松支持下載速度的十倍提高。

新的頻率范圍正在發(fā)揮作用。5G將帶來3.5 GHz和4.8 GHz兩個(gè)新頻段的使用，以幫助滿足不斷增長(zhǎng)的吞吐量需求。傳統(tǒng)的LDMOS硅技術(shù)通常在3 GHz以下運(yùn)行。 “一旦你進(jìn)入這些更高的頻率為5G開放，LDMOS就不能很好地工作，”伍德說。此外，“有一個(gè)臨界點(diǎn)，SiC優(yōu)于Si，2.7 GHz就是這個(gè)臨界點(diǎn)。

尺寸很重要。5G基站，特別是在城市地區(qū)，具有易于滑入已經(jīng)完善的環(huán)境的尺寸要求。由于SiC上的GaN半導(dǎo)體效率更高，因此SiC芯片上的GaN可以縮小約20%，并且可以在6英寸晶圓上放置更多的瓦特，這意味著更小的基站設(shè)計(jì)和通常更容易的安裝是可能的。

為什么選擇碳化硅上的氮化鎵？

與LDMOS相比，SiC上的GaN在5G基站性能和效率方面提供了顯著的改進(jìn)：

更好的熱特性。與其他材料相比，SiC上的GaN具有更好的導(dǎo)熱性，可以更有效地散熱，使設(shè)備能夠在比其他技術(shù)更高的電壓和更高的功率密度下運(yùn)行。

具有相同性能的更小陣列可能。由于SiC上的GaN具有卓越的熱特性，因此每個(gè)器件的功率可以遠(yuǎn)高于Si上的GaN所能達(dá)到的功率。這意味著 32 倍 MIMO 陣列比 64 倍是可行的，例如，導(dǎo)致基站更小。

足夠堅(jiān)固，可滿足 5G 需求。碳化硅上的氮化鎵堅(jiān)固、可靠且硬化，具有高擊穿電壓和最小的性能下降。

在更高頻率下效率更高。LDMOS在較低頻率下效果最佳。在用于5G的更高頻率（例如3.5 GHz）中，GaN的效率比LDMOS高10%至15%。

未來優(yōu)化的重要跑道。像LDMOS這樣的硅基技術(shù)已經(jīng)使用了多年，并且正在達(dá)到其優(yōu)化壽命的終點(diǎn)。相比之下，GaN處于早期階段，有很大的改進(jìn)和擴(kuò)展空間。

審核編輯：郭婷