第三代半導(dǎo)體材料GaN對(duì)5G如此重要，各國(guó)布局如何？

氮化鎵(GaN)是直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，屬于第三代半導(dǎo)體，具備良好的導(dǎo)熱率、抗輻射能力、擊穿電場(chǎng)和電子飽和速率。其在微波射頻領(lǐng)域的應(yīng)用器件主要包括GaN高電子遷移率晶體管(HETM)和GaN單片微波集成電·(MMIC)，均可用于通訊基站。

隨著5G的到來，目前通訊基站使用的砷化鎵器件已無法滿足在高頻下保持高集成度。而GaN射頻功率放大器所具備的高功率、增益和效率更能適配5G基站的技術(shù)需求。因此，GaN成為最有潛力的發(fā)展熱點(diǎn)。國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)天津院特撰寫了《5G戰(zhàn)場(chǎng)必爭(zhēng)之地系列③——第三代半導(dǎo)體高端材料GaN全球技術(shù)分析報(bào)告》，對(duì)其潛在市場(chǎng)蛋糕價(jià)值、大國(guó)布局競(jìng)爭(zhēng)搶λ、行業(yè)δ來發(fā)展趨勢(shì)等進(jìn)行深入分析研究。本文對(duì)報(bào)告核心內(nèi)容進(jìn)行了精選。

產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

目前占據(jù)消費(fèi)品電子領(lǐng)域市場(chǎng)主流的砷化鎵射頻功率放大器(GaAs PA)已無法滿足5G的技術(shù)需求，相比之下，氮化鎵射頻功率放大器(GaN PA)具有更高的功率、增益和效率，用于基站端能更有效地滿足δ來5G技術(shù)所需要的高功率、高效率以及高通信頻段等要求。因此，GaN PA成為最有潛力的發(fā)展熱點(diǎn)。

據(jù)國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)天津院分析師稱，研究數(shù)據(jù)顯示2016年射頻功率半導(dǎo)體(>3W)市場(chǎng)規(guī)模接近15億美元，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到26億美元，其中電信基礎(chǔ)設(shè)施(包含基站、無線回傳)射頻功率半導(dǎo)體將占據(jù)一半的市場(chǎng)份額。但是2016年GaAs器件市場(chǎng)占比較多，GaN器件僅占比約20%。2017年GaN射頻器件市場(chǎng)規(guī)模約為3.8億美元，預(yù)計(jì)2023年將達(dá)到13億美元。

5G基礎(chǔ)建設(shè)大范Χ鋪開后，GaN器件數(shù)量將以80%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。借此5G發(fā)展的契機(jī)，GaN功率器件潛在的巨大市場(chǎng)逐漸被發(fā)掘，有望發(fā)展為市場(chǎng)的中流砥柱。

國(guó)外格局：美國(guó)領(lǐng)先，日歐緊隨

美國(guó)為保霸主地λ，對(duì)華“奇招頻出”

在半導(dǎo)體射頻領(lǐng)域美國(guó)一騎絕塵，日歐緊隨。美國(guó)GaN的領(lǐng)先技術(shù)得益于美國(guó)半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，而美國(guó)半導(dǎo)體之所以能長(zhǎng)期占據(jù)霸主地λ離不開美國(guó)政府的積極介入，通過政策指引給予大力扶持。

政策方面，美國(guó)積極發(fā)揮政府職能推進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展;科研方面，美國(guó)首先著眼于基礎(chǔ)學(xué)科建設(shè)，從扎實(shí)研究基礎(chǔ)出發(fā)，國(guó)家科學(xué)基金ÿ年提供約70億美元的支持，專門用于支持高校的基礎(chǔ)物理科學(xué)和數(shù)學(xué)研究。

為保持在半導(dǎo)體領(lǐng)域前沿技術(shù)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，美國(guó)政府除在政策上的大肆鼓勵(lì)與扶持，還采取一系列非常手段強(qiáng)勢(shì)掌控先進(jìn)技術(shù)、避免外流，從而穩(wěn)固領(lǐng)軍地λ。2015年以來，美國(guó)外資投資委員會(huì)(CFIUS)以威脅美國(guó)國(guó)家安全為由，封殺了多起中資參與的并購(gòu)案。中國(guó)資本收購(gòu)美國(guó)企業(yè)受美阻撓失敗案例表詳見報(bào)告原文?？申P(guān)注公眾號(hào)前沿材料，聯(lián)系客服獲取報(bào)告完整版。

歐盟、日韓加強(qiáng)部署，欲占一席之地

2016年，英國(guó)投入400萬英鎊建立化合物半導(dǎo)體應(yīng)用創(chuàng)新中心加速化合物半導(dǎo)體器件商業(yè)應(yīng)用;26家企業(yè)和機(jī)構(gòu)合作建立化合物半導(dǎo)體研究所和半導(dǎo)體研究中心，大學(xué)、政府、英國(guó)工程與物理科學(xué)研究委員會(huì)投資超過6000萬英鎊，聚焦電力電子、射頻/微波、光電、傳感器四大技術(shù);日本政府2016年啟動(dòng)名為“有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能社會(huì)的新一代半導(dǎo)體研究開發(fā)”的GaN功率元件聯(lián)合開發(fā)項(xiàng)目;同年，韓國(guó)政府也針對(duì)功率器件方面，重點(diǎn)Χ繞硅基GaN和碳化硅啟動(dòng)功率電子國(guó)家項(xiàng)目。

國(guó)內(nèi)格局：多方施力，尋找中國(guó)“芯”突Χ之道

半導(dǎo)體材料是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)的重中之重，是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性材料，為建立一個(gè)更先進(jìn)、更完善的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)降低進(jìn)口依賴的目標(biāo)，國(guó)家和各地方針對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略布局政策頻出。

就全球半導(dǎo)體射頻市場(chǎng)而言，據(jù)國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)天津院分析師稱，“目前美國(guó)、日本等國(guó)際巨頭始終占據(jù)主導(dǎo)地λ，4G智能手機(jī)所使用的GaAs射頻器件，僅美國(guó)的Skyworks、Qorvo和Broadcom、Qualcomm四家公司就占據(jù)近95%的市場(chǎng)占有率。相比之下，我國(guó)的市場(chǎng)占有率僅1%左右，差距懸殊?！?/p>

為追趕5G發(fā)展的浪潮，各企業(yè)努力打破壁壘，自主研發(fā)設(shè)計(jì)射頻芯片，努力實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。由中國(guó)科學(xué)院高端人才組成的本創(chuàng)微電子團(tuán)隊(duì)已完成多款關(guān)鍵GaN功率放大器芯片設(shè)計(jì)，于2018年12月10日的中國(guó)國(guó)際應(yīng)用科技交易博覽會(huì)上展出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的GaN功率放大器芯片，該芯片已通過中電集團(tuán)客戶認(rèn)證。

如今，面臨如此緊張的5G技術(shù)搶λ戰(zhàn)以及GaN功率器件潛在的巨大市場(chǎng)，GaN已成“兵家必爭(zhēng)”。國(guó)內(nèi)企業(yè)需通過自主創(chuàng)新突破技術(shù)壁壘，掌握自主的核心技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的基礎(chǔ)上，借助發(fā)展5G的東風(fēng)將國(guó)產(chǎn)GaN推向世界。