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2025-01-19 2 电子行业报告
氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料的典型代表,相较于前两代半导体材 料,禁带宽度更宽,具有更高的临界击穿电场,更大的饱和电子速率和更小 的介电常数,能够承受更高的工作电压,适合更高频率,可实现更高的功率 密度,同时耐高温、耐腐蚀、抗辐射等性能优异,在多项性能上能够实现对 第二代半导体材料(GaAs、InP 等)性能极限的突破。 得益于性能上较第一、二代半导体材料质的飞跃,GaN 成为制作短波长发光 器件、光电探测器以及高温、高频、大功率电子器件的理想材料。 光电子领域:包括短波长 LED、激光器、光电探测器等,特别是 GaN 基紫外光电探测器,可应用于军事、航空航天、环保、科研等多领域。 电力电子领域:包括智能电网、太阳能发电、风电领域的控制器等,节 能和无损耗处理高电压操作的特点也使得 GaN 成为新能源汽车电子器 件的重要材料之一,GaN 具备低损耗、高频率、高效率优势。 微波射频领域:包括 5G 通信、卫星通讯、雷达预警(GaN 在军事领域 应用的重要场景)等,GaN 具备高带宽、高效率、高功率密度等优势。 目前,GaN 的应用仍以军用为主导,并已经开始逐步向汽车无人驾驶、无线 通信基站等民用领域拓展。
随着频率的提高,射频材料也面临着新的挑战。由于 5G 方案的频段相对于 目前主流的 4G 频段更高、带宽更大,路径损耗相对更大,对射频前端器件 的材料和工艺都提出了新的要求: 1)禁带宽度更大,以运行更高的频带; 2)临界击穿电场更高,以满足更高功率的应用; 3)热导率更高,更易将器件中的功耗传导到周围环境,实现散热; 4)饱和电子速率和电子迁移率更高,寄生电阻小,电子渡越时间更短, 以适应更高频的工作环境。 5G 以 Sub-6GHz 为首发频段。Sub-6GHz 频段相比于毫米波频段由于频率相 对较低,穿透能力更强,覆盖范围更广,兼顾网络速度和信号覆盖,同时可 以沿用现有的 4G LTE 网络,需要的基站数量相对毫米波更少,此外,产业 链的技术成熟度相对毫米波也更高,将是 5G 时代先期建设的首选频段。
2017 年 11 月,工信部明确了 3300-3400MHz(原则上限室内使用)、3400-3600MHz 和 4800-5000MHz 频段作为 5G 系统的工作频段,将中频段作为我国 5G 系统 先期部署的主要频段。从三大运营商来看,中国电信获得 3400MHz-3500MHz 频段的 5G 试验频率资源;中国联通获得 3500MHz-3600MHz 频段的 5G 试 验频率资源;中国移动获得了 2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz 频段 的 5G 试验频率资源,其中 2515-2575MHz、2635-2675MHz 和 4800-4900MHz 频段为新增频段,2575-2635MHz 频段为重耕其现有的 TD-LTE(4G)频段。 毫米波是未来发展的重要趋势。毫米波频段由于频率高、带宽大,可实现更 快的传输速率,具备速度快、数据量大、时延小、信号分辨率高、传输安全 性强的优势,未来通过微基站的方式解决其穿透能力弱、路径损耗大、难以 进行长距离传输的缺点,将是 5G 发展的重要趋势。
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