隨著綠色環(huán)保、低碳經(jīng)濟理念在全球不斷的推廣深入人心，運營商對于移動通信基站的效率提出了越來越高的需求。與此同時，由于移動通信市場數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速增長，移動通信基站的帶寬要求也從最初的20MHz向40MHz、60MHz直至100MHz一路攀升，未來的5G系統(tǒng)甚至需要1GHz。而在基站設(shè)備中，射頻功放的能耗占到總能耗的60%左右，因此，大帶寬、高效率、小體積，輕重量、低成本的射頻功率放大器成為了未來移動運營商降低OPEX（運營成本）、實現(xiàn)綠色節(jié)能的最為有效的手段。

目前，整個業(yè)界移動通信基站使用的基本上都是基于LDMOS技術(shù)射頻功率放大器。LDMOS技術(shù)自上世紀(jì)九十年代應(yīng)用于移動通信基站射頻功率放大器應(yīng)用以來，以其優(yōu)異的性能迅速占領(lǐng)了幾乎全部的2G和3G市場份額。全球每年用于移動通信基站的射頻功率器件的銷售數(shù)量大約一億只，并且還在逐年的增加。由于這樣巨大的市場份額支撐使LDMOS射頻功率器件的成本迅速降低，目前已達(dá)到$0.1/W的水平。更為遺憾的是LDMOS射頻功率器件的市場多年來一直被Freescale、NXP和Infineon三家歐美公司壟斷，其中Freescale占據(jù)55%左右，NXP占據(jù)30%左右，Infineon占據(jù)15%左右的市場份額（圖1是國際權(quán)威的調(diào)研機構(gòu)ABI Research發(fā)布的移動通信基站射頻功率器件2013年的調(diào)查數(shù)據(jù)）。面對如此巨大的市場需求，而我國的半導(dǎo)體企業(yè)卻難以與其爭鋒、有所作為。

圖1、移動通信基站射頻功率器件2013年的調(diào)查數(shù)據(jù)

隨著超寬帶、高頻段LTE業(yè)務(wù)需求的不斷涌現(xiàn)，LDMOS技術(shù)的疲態(tài)已現(xiàn)。一則由于LDMOS技術(shù)射頻功率器件的最高工作頻率在3.5GHz左右，在2.5GHz以上頻段其效率則大幅下降；二則是面對80MHz甚至100MHz的超寬帶信號，為滿足DPD的校正需求，功放的VBW（視頻帶寬）必須大于300MHz，LDMOS技術(shù)的射頻功率器件難以達(dá)到。

而GaN HEMT（High Electron Mobility Transistor，高電子遷移率晶體管）由于具有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電壓、更好的熱導(dǎo)率、更高的電子飽和速率及更高抗輻射能力, 在新一代無線通訊基站等領(lǐng)域應(yīng)用中具有較LDMOS和GaAs技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢。GaN功率器件的最高工作頻率可達(dá)數(shù)十GHz，VBW是LDMOS器件的4倍以上;它具有高擊穿電壓、高功率功率密度、高輸出阻抗等特性，其非常適合用作高頻、寬帶功率放大器，采用SiC襯底又可以大幅提高其散熱特性，從而實現(xiàn)射頻功放業(yè)界追求的高效率、超寬帶、小體積的目標(biāo)。GaN材料的固有特性優(yōu)勢，其高的工作電壓、高的功率密度、高的工作頻率和帶寬以及能夠?qū)崿F(xiàn)高效率功率放大器等優(yōu)點，因此，被認(rèn)為是應(yīng)用于下一代無線通信的理想射頻功率器件技術(shù)，在不久的將來，基于SiC襯底的GaN射頻功率器件必將代替LDMOS技術(shù)成為無線基站射頻功放的主流技術(shù)。

近年來，在全球經(jīng)濟疲軟的大背景下，半導(dǎo)體行業(yè)的巨頭們加快了兼并重組的步伐，通過強強聯(lián)合提升企業(yè)競爭力。其中射頻功率器件領(lǐng)域的案例如：2014年3月MACOM收購Nitronex聚焦Si襯底GaN射頻功率器件研發(fā)；2014年9月RFMD和Triquint合并成立Qorvo和2015年3月NXP以118億美元收購Freescale都是昔日競爭對手重新聯(lián)合打天下；2016年7月Infineon以8.5億美金收購CREE旗下的wolfspeed將極大地提升其SiC和GaN技術(shù)的核心競爭力。因此，對我們國家一而言，整合資源、集中力量打造移動通信基站射頻功率器件的核心競爭力刻不容緩。

有利的是，從全球來看GaN技術(shù)在移動通信基站射頻功放的應(yīng)用目前正處于一個起步階段，是第三代半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展難得一遇的一個窗口期。科技部設(shè)立重點專項《面向下一代移動通信的GaN 基射頻器件關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)應(yīng)用》，支持該項技術(shù)研發(fā)，敏銳地抓住了機遇，集中國內(nèi)最富實力的數(shù)家GaN半導(dǎo)體材料器件及系統(tǒng)應(yīng)用企業(yè)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈整合，在材料、管芯、封裝、模塊、系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)點上全面突破，必將能夠為我國避免LDMOS技術(shù)的被動局面，在未來GaN技術(shù)的全球競爭中實現(xiàn)彎道超車，占有一席之地打下堅實的基礎(chǔ)。

近十年來，我國通信業(yè)相繼在3G下一代網(wǎng)絡(luò)和光通信等技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，結(jié)出一批重大科研成果，為產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。由TD-SCDMA演進的TD-LTE技術(shù)被國際電信聯(lián)盟確立為國際4G標(biāo)準(zhǔn)之一，標(biāo)志著我國通信業(yè)進入領(lǐng)跑世界的時代。另一方面，下一代的5G技術(shù)其系統(tǒng)整體設(shè)計遠(yuǎn)超過了4G的最小需求，相對于傳統(tǒng)的ITU技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，能大大提高無線通信系統(tǒng)的峰值數(shù)據(jù)速率、峰值譜效率、小區(qū)平均譜效率以及小區(qū)邊界用戶性能，同時也能提高整個網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)效率。我國在5G標(biāo)準(zhǔn)的制定、演示系統(tǒng)的研制及試驗網(wǎng)的建設(shè)等方面都處于全球領(lǐng)先行列。而作為通信技術(shù)領(lǐng)域核心技術(shù)之一的射頻功率器件卻長期受制于西方國家，目前，幾乎所有第三代半導(dǎo)體射頻功率器件的技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)制造都掌握在歐美日三國的企業(yè)手里，雖然國內(nèi)這方面的研究也已開展，但目前還沒有成熟的產(chǎn)品在基站上應(yīng)用。這種局面嚴(yán)重制約了我國新一代通信設(shè)備生產(chǎn)成本的降低和向上游產(chǎn)業(yè)進行產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化整合的能力，也不利于保障國家的信息安全。全球移動通信基站射頻功率器件的市場規(guī)模在10億美元左右，我國僅中興、華為、大唐等企業(yè)的總需求就在3-4億美元，國產(chǎn)GaN射頻功率器件即使占到30%的份額，也將產(chǎn)生3億美元左右的直接產(chǎn)值，帶動近百億美元的間接產(chǎn)值。因此，本項目的實施為實現(xiàn)習(xí)近平總書記提出的2020年時使我國進入創(chuàng)新型國家行列，到2030年時使我國進入創(chuàng)新型國家前列，到新中國成立100年時使我國成為世界科技強國目標(biāo)而做出貢獻，有著非常重要的社會意義。

作者：中興通訊股份有限公司 別業(yè)楠、劉建利

本文刊登于微波射頻網(wǎng)旗下《微波射頻技術(shù)》雜志 2016無線射頻專刊，未經(jīng)允許謝絕轉(zhuǎn)載。