化合物半导体行业研究 2016-12

化合物半导体行业研究

2016-12

射频性能优异的化合物半导体

化合物半导体射频性能优异。硅单晶材料是制作普通集成电路芯片的主要原料，但受限于材料特性，很难适用于高频/高压/大电流芯片应用。化合物半导体材料因其优良的器件特性广泛适用于射频器件。常见的化合物半导体包括三五族化合物半导体和四族化合物半导体。其中，砷化镓（GaAs）和氮化镓（GaN）作为其中应用领域最广、产业化程度最高的三五族化合物材料，具有优良的射频性能，天然具备禁带宽度宽、截止频率高、功率密度大等特点，作为射频功率器件的基础材料分别主宰主流民用和军用/高性能射频集成电路市场。

工艺独特，产业链自成体系

化合物半导体工艺独特，需要专门的制造产线。普通硅工艺集成电路和砷化镓/氮化镓等化合物集成电路芯片生产流程大致类似：先将衬底材料纯化、拉晶、切片后在某种衬底上形成外延层，由代工厂按照设计公司的设计进行一系列工艺步骤进行电路制造，制成的芯片交由相关厂商进行封装与测试，最终完成芯片制造。然而由于材料特性、外延方式和制作环

境要求和普通硅CMOS工艺截然不同，化合物集成电路需要使用专门的生产工艺流程与产线设备，进而催生出专门针对化合物半导体集成电路生产的工厂（Fab）。

化合物半导体射频器件产业存在整合元件制造商（IDM）和（无晶圆设计公司+晶圆代工厂）两种商业模式。传统的国际设计厂商都采用IDM形式，各自配备私有产线，从设计到晶圆生产成品都自己完成。该模式的优点为有利于技术保密、产线工艺参数控制及设计精确度提升，缺点是重固定资产配置的产线容易闲置浪费，且规模扩张受限。新兴化合物集成电路设计公司往往采用无晶圆设计（Fabless Design House）模式，即设计公司本身不配备芯片制造产线，而将晶圆代工和封装测试都交由下游专业代工厂（Fab）配合进行。

射频核芯：GaAs占据主流，GaN利润战略双高地 PA：独立于主芯片的射频器件

射频功率放大器（Power Amplifier, 简称PA）是化合物半导体应用的主要器件，也是无线通信设备射频前端最核心的组成部分。射频前端（RF Front End）是用以实现射频信号发射与接收功能的芯片组，与基带芯片协同工作，共同实现无线通讯功能。射频前端包括功率放大器（Power Amplifier）、开关（Switch）、滤波器（Filter）、双工器（Duplexer）、低噪声放大器（Low Noise Amplifier）等功能构件，其中核心器件是决定发射信号能力的射频功率放大器芯片。PA芯片的性能直接决定了手机等无线终端的通讯距离、信号质量和待机时间，是整个通讯系统芯片组中除基带主芯片之外最重要的组成部分。

射频前端功能组件围绕PA芯片设计、集成和演化，形成独立于主芯片的前端芯片组。随着无线通讯协议的复杂化及射频前端芯片设计的不断演进，PA设计厂商往往将开关或双工器等功能与功率放大电路集成在一个芯片封装中，视系统需求形成多种功能组合。目前PA芯片除实现发射信号功率放大功能外，往往会集成开关器或双工器，进而演化出TxM（PA+Switch）、PAiD（PA+ Duplexer）、PAM（多PA模组）等多种复合功能的PA芯片类型。

砷化镓占据PA主流，氮化镓战略利润双高地

化合物PA芯片是射频前端市场的主流产品。PA主要有化合物工艺的砷化镓/氮化镓PA和硅工艺的CMOS PA。砷化镓 PA芯片相对于硅工艺CMOS芯片具备高频高效率等

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