最終用戶對數據有著貪婪的胃口，這已經不是什么秘密了。根據思科的年度視覺網絡指數，從今天到 2022 年，全球年度 IP 流量預計將增加兩倍以上，到 4 年達到每年 8.2022 ZB，從 1 年的 5.2017 ZB。到2022年，來自無線和移動設備的流量將占總數的71%，每年達到驚人的3.41澤字節。

為了提供滿足不斷增長的需求所需的帶寬，無線行業正在全力以赴地從今天的4G網絡向5G邁進。與此同時，電信運營商專注于提供最佳的客戶體驗，同時控制資本和運營支出。因此，它們需要能夠提供性能、效率和價值的基礎設施和技術。5G承諾更大的帶寬和更低的延遲，但運行在比傳統蜂窩網絡更高的頻段，這使得實現這些目標成為技術和運營方面的挑戰。

下一代無線基站（包括宏基站和小型蜂窩）需要采用能夠滿足這些性能、效率和價值要求的技術，氮化鎵 （GaN） 已成為一個至關重要的組成部分。然而，在評估氮化鎵解決方案時，出現了一個常見的爭論：對于射頻應用，硅（Si）上的氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）上的氮化鎵（GaN）哪個更好？

雖然每種方法都有其優點，但“基礎設施設計師選擇提供最佳整體價值的解決方案，”Wolfspeed的聯合創始人兼首席技術官John Palmour說。“與碳化硅相比，硅是一種相對便宜的襯底，但也有一些明顯的缺點。與硅相比，SiC器件可降低系統成本并改善性能，正因為如此，SiC上的GaN被證明具有最佳的整體價值。

SiC上的GaN（一種寬帶隙技術）有幾個關鍵特性，共同使其成為電信和無線行業的最佳選擇：

導熱

SiC上的GaN的主要優點是其導熱性優勢。SiC上的GaN的導熱性是Si上的GaN的三倍，允許器件在更高的電壓和更高的功率密度下運行。Palmour解釋說：“如果射頻設備每平方厘米輸出高瓦特，你也必須每平方厘米耗散高瓦特。導熱性越好，就越容易排出熱量。碳化硅具有很高的導熱性，比硅好得多。

完美（材料）匹配

GaN和SiC是晶格匹配的，這意味著外延層之間的晶格結構允許在不改變SiC襯底材料的晶體結構的情況下形成帶隙變化的區域。這樣可以降低晶體的缺陷密度，減少泄漏，提高可靠性并創造整體卓越的產品。相比之下，Si上的GaN是一種不匹配的材料系統;Si的晶體結構與GaN不太對齊。為了使GaN在硅上生長，需要更復雜的外延結構來防止晶圓翹曲，從而影響半導體的時間，成本和性能。

晶體缺陷密度決定了可以從晶圓中獲得多少“好”器件。硅基氮化鎵比碳化硅上的氮化鎵提供更少的好器件，因為它具有更高的缺陷密度。Wolfspeed射頻產品開發和應用高級總監Simon Wood說，SiC上的GaN可以在比Si上的GaN更高的電場下工作，而且 - 由于衍生出更多好的器件 - SiC芯片上的GaN可以比使用Si上的GaN的GaN芯片小約20%。“我們可以在6英寸晶圓上投入比在硅上GaN更多的瓦特。我們的論點是，彌補了硅的任何價格差異，“他說。

這是針對基站占用空間很重要的5G應用進行設計的一個好處。

效率問題

雖然硅在室溫下具有高電阻率，但無線基礎設施通常運行“熱”。在高溫下，硅是導電的，并且會發生與基板的RF耦合。當它被冷卻時，GaN會比硅襯底收縮得更多。這樣，基板的一些RF功率就會損失，從而降低了效率。由于其與GaN的緊密匹配，SiC上的GaN不會受到這些相同的溫度變化問題的影響。

此外，在硅上生長GaN外延的成本高于在碳化硅上生長GaN外延的成本。這使得SiC上的GaN比Si上的GaN具有顯著的效率和成本優勢。

了解生命周期總成本

最后，對于構建網絡以支持不斷增長的數據需求的服務提供商來說，這一切都與生命周期成本有關——千瓦時和他們燃燒的能源。

“硅供應商的GaN說SiC更昂貴，如果你只衡量頂線成本，這可能是真的，”Palmour說。“但從整體價值的角度來看，SiC上的GaN帶來的優勢使得Si上的GaN和SiC上的GaN在價格上具有可比性，而無可爭議的技術優勢是SiC上的GaN。

寬帶隙半導體

SiC半導體上的GaN屬于寬帶隙半導體類別，即“允許設備在比硅和砷化鎵等傳統半導體材料高得多的電壓，頻率和溫度下運行的半導體材料。寬帶隙是指更高能量的電子帶隙，當電子在兩個能級之間切換時，產生半導體作用的能級差異，“根據維基百科。

審核編輯：郭婷