作為一家專注于射頻、微波和光子半導體產品開發的公司，成立于1950年的MACOM近幾年在中國地區的業務取得了高速增長，微波和射頻領域就是其中之一。MACOM無線產品中心資深總監成鋼日前在接受本刊專訪時表示，研發基于硅襯底的高功率氮化鎵(GaN)技術將是公司下一步的戰略重點，主要是為未來5G移動通信、以及其它新能源行業所急需的大功率器件做準備。

為何看重硅基高功率氮化鎵技術？

MACOM硅襯底氮化鎵功率放大器(PA)技術目前在業界擁有領先位置。相比目前廣泛使用的LDMOS產品，氮化鎵放大器產品在功率密度、帶寬、可靠性和耐高溫方面遠勝于對手，例如可以承受200V以上的擊穿電壓和200度的高溫。此外，在效率和線性性能方面，GaN也有突出的優點。

與傳統氮化鎵功率放大器不同，大功率器件的封裝技術非常關鍵。基于碳化硅的氮化鎵PA產品具有高的性能，缺點就是成本太高，不利于推動氮化鎵工藝向大批量有低成本要求的商業領域應用進行拓展。而通過獨有的8英寸晶圓工藝和高功率塑料封裝技術，MACOM使得GaN PA實現了從實驗室研究到大規模量產的跨越式發展，這對PA用量非常大的無線能源和無線通信領域來說，絕對是重大利好的消息。

在MACOM的產品路線圖上，硅基氮化鎵產品已經發展到第四代，其100W硅基氮化鎵產品MAGX-100027-100的效率據稱比LDMOS產品高10%，功率密度是LDMOS產品的4倍，能對2.7GHz的調制信號產生70%的峰值效率和19dB的增益，并同步大幅減小體積和成本。從這點上來看，硅基氮化鎵產品已經和碳化硅基氮化鎵產品性能非常接近。

“如果有機會看一下它的射頻曲線，你就會發現從低頻到高頻這條曲線都很平，滾降很快，這和LDMOS器件的幅頻特性非常相似。而它的相位特性指標AMPM數值在最大功率是為-5度，相比大部分LDMOS器件15-20度，碳化硅基氮化鎵20-30度的數值，用戶會覺得這完全不是一個量級的比較。”成鋼說。

成鋼說自己曾在一些場合展示了成熟的第三方數字預失真(DPD)平臺的實際校驗結果。數據顯示，兩載波、四載波LTE型號全部一次性通過了測試，但LDMOS和碳化硅基氮化鎵器件在面對六載波GSM校正時就遇到了相當大的困難，特別是面向1.8GHz-2.2GHz頻段應用時無法支持原始的GSM校正。不過這些對硅基氮化鎵器件來說就完全不是問題。

很多國內客戶把MACOM的產品直接用在TDD設備中，在做線性切換時保持了極好的線性度。以TDD系統級測試中最為關鍵的EVM指標為例，硅基氮化鎵器件原始的EVM值約為3-5%，校驗后可以達到1.3%；但碳化硅基氮化鎵原始的10-15%的EVM值經過校驗后最高只能達到3-4%，離業界期待的2%目標還有很大差距。而在存儲效應測試中，硅基氮化鎵的拖尾時長只有2-3毫秒，業界最好的碳化硅基氮化鎵是12-13毫秒，拖尾從4%-90%。

下一代移動通信基站成為硅基氮化鎵的突破口

能與成本更高的碳化硅基氮化鎵技術相媲美，成鋼認為盡管業界還沒有形成完全的定論，但他們相信主要差別來自襯底材料的差異。相比之下，碳化硅有很大的晶格適配，需要使用氮離子摻雜，但摻雜會產生陷井效應(trapping effect)，導致物理特性產生變異，例如會存儲電荷形成電容，產生記憶存儲效應。然而這種由于摻雜產生的晶格缺陷對于硅材料來說是不存在的。

目前，MACOM對硅基材料生產采用了第三方授權制造的模式。比如臺積電(TSMC)自身就有硅基氮化鎵的供應能力，只不過它主要是為了電源或LED應用，所以工藝就是完全的CMOS工藝。只需要針對高頻應用再做一些工藝和流程優化，或是MACOM授權IP給臺積電，就可以實現硅基氮化鎵產品的海量供貨。MACOM為保證供貨采取的另一個策略是多渠道供貨，以平衡供應鏈上出現的波峰波谷問題。到2018年，MACOM硅基氮化鎵器件的供貨能力將達到千萬片的級別，業界不必產生缺貨的顧慮。

其實硅基氮化鎵產品并不是一個全新的概念，在大功率LED中的應用就很普遍。但是將其應用于射頻微波領域，MACOM是業內首家。根據成鋼的介紹，MACOM將首先選擇基站作為應用的突破口，這一市場的規模大約在10-15億美元左右。在國內，MACOM已經和華為、中興等巨頭形成了戰略合作伙伴關系。

除基站外，MACOM還準備將硅基氮化鎵產品推向微波爐、咖啡加熱機、汽車點火器、射頻照明(RF lighting)等射頻能量(RF energy)市場。例如在微波爐中取代磁控管，MACOM目前已經可以利用該芯片提供300瓦的連續功率輸出，并使得加熱部分做到信用卡大小。“我們的客戶曾經做過一個名為ice fish的項目，就是先把一條魚冰塊凍住，再用這款微波爐去加熱，結果是魚熟了冰沒有化，這對傳統的微波爐來說是完全不可想象的。消費者預計在2018年就會看見相關產品大量上市。”成鋼表示。此外，在汽車點火器中，采用硅基氮化鎵替代其中的LDMOS，將可以節約15%的能量；在醫學中利用微波進行手術，可對患者腫瘤進行精準的射頻消融。