5G商用化有望推进化合物半导体市场高速增长.docx

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5G商用化有望推进化合物半导体市场高速增长

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提示：第一代半导体材料Si的应用，标志着人类迈进了信息化时代；随着化合物半导体材料的发现和市场逐步扩大，以砷化镓（GaAs）、氮化镓、碳化硅为首的化合物半导体半导体材料应用增多。

参考发布《2017-2022年中国移动通信基站产业专项调查及投资商机研究报告》

????1.?移动通信发展，化合物半导体射频应用广泛?

?????20?世纪?50?年代，以硅（Si）、锗（Ge）等为代表的第一代半导体——单晶元素半导体问世。其中硅的含量丰富、绝缘性好、提纯结晶简单，是至今应用最多的一种半导体材料。第一代半导体取代了笨重的电子管，带来了以集成电路为核心的微电子工业的发展和整个?IT?产业的飞跃，广泛应用于信息处理和自动控制等领域。尽管硅拥有很多优越的电子特性，但这些特性已经快被用到极限，科学家一直在寻找能替代硅的半导体材料，以制造未来的电子设备，随后化合物半导体横空出世。?

?????第一代半导体材料?Si?的应用，标志着人类迈进了信息化时代；随着化合物半导体材料的发现和市场逐步扩大，以砷化镓（GaAs）、氮化镓、碳化硅为首的化合物半导体半导体材料应用增多。?

资料来源：

?????20?世纪?90?年代以来，随着移动通信的飞速发展、以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起，以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)等为代表的第二代半导体材料开始崭露头角。第二代半导体材料是由多种材料化合而成，相对于硅材料，第二代化合物半导体的性能更加优异，加工出的器件相对于硅器件具有更优异的光电性能和高速、高频、大功率、耐高温和高辐射等特征。?

?????随着半导体器件应用领域的不断扩大，特别是特殊场合要求半导体能够在高温、强辐射、大功率等环境下性能依然保持稳定，第一二代半导体材料便无能为力，于是第三代半导体材料——宽禁带半导体材料的受关注度日益提升。第三代半导体主要包括氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）。与第一代、第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率等优点，可以满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的新要求，从其材料优越性来看，颇具发展潜力，相信随着研究的不断深入，其应用前景将十分广阔。?

数据来源：国家统计局

?????目前半导体射频工艺主要有?RF?CMOS、Ultra?CMOS、Si?BiCMOS、砷化镓（GaAs）和氮化镓（GaN）几种。前三种为元素半导体，后两种为化合物半导体。?

?????RF?CMOS?工艺可分为两大类：体硅工艺和绝缘体上硅（SOI）工艺，目前已采用?RF?CMOS?制作射频?IC?的产品多以对射频规格要求较为宽松的?Bluetooth?与?WLAN?射频?IC，除此之外?RF?CMOS?还被应用于汽车安全雷达系统。?

?????SOI?的一个特殊子集是蓝宝石上硅工艺，在该行业中通常称为?Ultra?CMOS。目前，Ultra?CMOS?是在标准?6?英寸工艺设备上生产的，8?英寸生产线亦已试制成功。示范成品率可与其它?CMOS?工艺相媲美。?

?????Si?BiCMOS?也是以硅为基准材料的半导体射频工艺之一，主要应用于中频模块或低层的射频模块。?

?????GaAs?生产方式和传统的硅晶圆生产方式存在较大差异，采用磊晶技术制造，磊晶圆直径只有?4-6?英寸，而传统硅晶圆直径为?12?英寸，对技术和操作精度有较大提升；此外，磊晶圆生产需专门设备，这就使砷化镓技术成本高于传统硅基技术。磊晶目前有两种，一种是化学的?MOCVD，一种是物理的?MBE。?

?????GaN?则是在?GaAs?基础上的再升级，性能更优越，适用于微电子领域和光电子领域。在微电子领域主要为无线通讯、光通讯、无线局域?网、汽车电子产品、军事电子产品等方面；光电子领域为射频?IC，具体体现为?PA、LNA?等通信元件。?

资料来源：

?????2.?4G?普及和?5G?落地，驱动化合物半导体射频市场高速增长?

?????近年来无线高频通讯产品迅速发展，射频器件工作频率不断提高。硅晶半导体由于物理特性上的先天限制，应用频率较低，已经不能满足射频性能要求。因此具有直接能隙特性和高频率运作能力的化合物半导体开始广泛应用于射频领域。在智能手机的射频前端必定含有两个关键的化合物半导体零组件：射频功率放大器（PA）和天线开关。应用的化合物半导体以主要以氮化镓和砷化镓为代表。?

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