MACOM GaN在无线基站中的运用
用于无线根底设施的半导体技能正在阅历一场严重的革新，特别是功率扩大器(PA)商场。横向分散金属氧化物半导体(LDMOS)晶体管在功率扩大器范畴几十年来的主导地位正在被氮化镓(GaN)撼动，这将对无线基站的体系功能和运营本钱发生深远的影响。氮化镓清楚明了的技能优势(包含动力功率进步、带宽更宽、功率密度更大、体积更小)使之成为LDMOS的天然继承者服务于下一代基站，尤其是1.8GHz以上的蜂窝频段。虽然曾经氮化镓与LDMOS比较价格过高，可是MACOM公司的最新的第四代硅基氮化镓技能(MACOM GaN)使得二者本钱结构趋于适当。
这儿咱们将具体了解下LDMOS、碳化硅基(SiC)氮化镓和MACOM氮化镓技能的优缺点，从产品功能、本钱操控以及供应链生态体系方面权衡它们的利害。在无线根底设施运用范畴有着几十年的经历和专业知识，MACOM在评价它们在商业基站运用范畴的专业度方面无疑更有发言权。
一、硅基氮化镓功率晶体管比LDMOS的功率优势可忽略不计，与碳化硅基氮化镓器材的功率优势无法比拟。
MACOM公司根据氮化镓的MAGb功率晶体管在2.6GHz频段可供给高于70%的峰值功率以及19dB的线性增益，若匹配以适宜的谐波阻抗其峰值功率会超越80%。该功率功率功能可与最优异的碳化硅基氮化镓器材的功率相匹敌，与传统LDMOS器材比较有10%的功率提高。若能被正确地运用，这个功率优势会协助节约很多电费，并经过减小散热装置、供电模块(PSU)以及射频拉远单元(RRH)的全体尺度，节约本钱开销(CAPEX)，这将对营运商节约运营开销(OPEX)发生深远的影响。若均匀电费为$0.1/KWh，仅将新的宏基站替换运用氮化镓技能，一年节约的电费可超越$100M。
二、碳化硅基(SiC)氮化镓的热特性确保了功率扩大器更好的牢靠性。
MACOM公司的MAGb功率晶体管系列在真实的基站工作温度200℃的环境下MTTF超越106小时，由此可见该器材在基站现场的确和碳化硅基氮化镓器材相同稳健牢靠，与传统LDMOS器材的持久性适当。MACOM凭借先进的晶体管规划和封装技能完成与碳化硅基氮化镓器材相同的热功能。经过优化晶体管布线规划以及选用立异的散热资料和裸片焊接办法，有用消除了Si相对SiC在衬底中15%到30%的导热性差异。
三、根据氮化镓的器材引进了线性问题，很难用数字预失真技能来批改。
Doherty功率扩大器结构由于高回退功率而被广泛选用，但由于其引进非线性失真，会导致信号扩大的失真问题。这能够经过数字预失真(DPD)来批改，但实践标明，碳化硅基氮化镓器材完成DPD优化适当困难。碳化硅中的电荷捕获效应被认为是由于其硅结构中的晶格缺点所造成的，终究导致功率扩大器的线性化困难。相较而言，MACOM根据氮化镓的MAGb功率晶体管比其他氮化镓技能更易于线性化和运用DPD技能来进行批改，并没有遇到其它碳化硅基氮化镓器材遇到的缺点，从技能视点比LDMOS和碳化硅基氮化镓更适合基站运用。
四、氮化镓的功率密度优势因其本钱过高而被抵消。
MACOM氮化镓的功率密度是裸片尺度相同的LDMOS的4到6倍。虽然MACOM氮化镓的资料本钱因氮化镓外延淀积而略高于LDMOS，但MACOM的晶片加工流程相较LDMOS能够节约50%的制作过程，然后单片晶圆的加工本钱差异简直能够忽略不计。最终，在量产阶段MACOM氮化镓的单个裸片尺度仅仅LDMOS的1/4到1/6，能够支撑更低的本钱结构。
MACOM氮化镓的高功率密度可完成更小的器材封装。别的，规划人员能够在坚持既有功率扩大器尺度的一起取得更高的功率和/或更大的集成度，以习惯大规划阵列MIMO收发天线架构的需求。MACOM的MAGb功率晶体管系列充分体现了这一功率密度优势。该系列的初始产品包含峰值功率高达400W的单端晶体管、双端晶体管以及在对称和不对称架构下峰值功率均可高达700W的单封装Doherty器材。这些器材的物理尺度与功能较低的LDMOS器材和功能适当的碳化硅基氮化镓器材尺度相同。
五、在基站运用里用氮化镓真实过于贵重。
MACOM氮化镓产品线所出产的氮化镓的相关器材，其每瓦特功率的晶圆本钱只要相应的LDMOS产品的一半，与根据碳化硅的氮化镓晶圆比较，在能到达相同功能的情况下，其量产本钱显着下降。MACOM氮化镓本钱操控方面具有显着优势。技能开展成熟后，硅基氮化镓将获益于十分低的硅本钱结构，与现在碳化硅基氮化镓比其晶圆本钱只要百分之一，由于与硅工艺比较，碳化硅晶体资料的成长速度要慢200至300倍，还有相应的晶圆厂设备折旧以及能耗本钱上的不同。碳化硅基氮化镓的昂扬的本钱，极大约束了其在商业基站成为干流运用的远景。比较之下，一个8英寸硅晶圆厂几周的产能便可满意MACOM氮化镓用于整个射频和微波职业一年的需求。MACOM公司在6英寸硅晶圆出产(2017年转为8英寸硅晶圆)范畴的职业领先地位和与合作方的密切协作，进一步进步了出产才能并供给了工业必需的本钱结构，破除了氮化镓技能在商业基站商场运用中所面对的妨碍。
六、氮化镓满意不了基站职业的供应链需求。
出产碳化硅的高附加本钱决议了只能由少数产品混合度高但产值低的晶圆厂供给，导致其短少服务商业规划运用的才能，尤其是满意不了需求顶峰时的要求。并且碳化硅是一种相对新式的资料，在商业规划化运用时刻也比较短，但硅资料却现已具有六十多年工业化和开展前史。因而，硅基氮化镓供应链功率天然更高。硅工业开展已为硅基氮化镓在量产规划、库存保护、满意需求动摇等方面打下了坚实的根底。
