5G yeni malzemeler hakkında derinlemesine rapor: GaAs ve GaN mutlak kahramanlardır
(Rapor için lütfen Future Think Tank www.vzkoo.com'u ziyaret edin)
1. GaAs / GaN malzemelerine giriş
1.1, GaAs
Galyum arsenit (GaAs) şu anda en önemli ve en olgun bileşik yarı iletken malzemelerden biridir. GaAs malzemeleri büyük yasak bant genişliği, yüksek elektron hareketliliği, direkt bant aralığı ve yüksek ışık verimi özelliklerine sahiptir ve günümüzde optoelektronik alanında kullanılan en önemli malzemelerdir ve aynı zamanda önemli mikroelektronik malzemelerdir. Elektrik iletkenliğindeki farklılığa göre, GaAs malzemeleri yarı yalıtkan (SI) GaAs ve yarı iletken (SC) GaAs olarak ayrılabilir.
Yarı yalıtımlı GaAs gofretlerde, Substrat, üstte oluşturulan epitaksiyel transistör cihazından yalıtılır ve esas olarak radyo frekansı devreleri yapmak için kullanılır.
Yarıiletken GaAs Yarı iletken külçeler, çoğunlukla LED'ler, lazerler ve fotovoltaik cihazlar gibi optoelektronik cihazlar yapmak için kullanılan GaAs'a erimiş iletken katkı maddeleri eklenerek üretilir.
Radyo frekansı şu anda GaAs malzeme uygulamasının en önemli akış aşamasıdır.
GaAs substratlarının 2017 yılı sevkiyat verilerine göre dört ana uygulama alanı arasında RF, LED, lazer ve fotovoltaik pazarları sırasıyla% 46,52,% 42,19,% 10,17 ve% 1,12'dir.RF ve LED GaAs substrat uygulamaları için en önemli pazar.
Epitaksiyel gofret alanında, RF ve lazer uygulamaları, epitaksiyel gofret dış kaynak kullanımı alanında iki önemli pazardır. 2017 GaAs epitaksiyel gofret sevkiyat verilerinden, RF alanı da ölçek açısından bariz avantajlara sahiptir.
1.2, GaN
Üçüncü nesil yarı iletken malzemelerin tipik bir temsilcisi olarak galyum nitrür (GaN) Önceki iki nesil yarı iletken malzemelerle karşılaştırıldığında, bant aralığı daha geniştir, daha yüksek bir kritik kırılma elektrik alanına, daha büyük bir doymuş elektron hızına ve daha küçük bir dielektrik sabitine sahiptir, daha yüksek çalışma voltajlarına dayanabilir ve daha yüksek için uygundur Frekans, daha yüksek güç yoğunluğuna ulaşabilir, aynı zamanda yüksek sıcaklık direnci, korozyon direnci, radyasyon direnci vb. Mükemmel performans sağlayabilir, ikinci nesil yarı iletken malzemelerin (GaAs, InP, vb.) Çoklu özelliklerde performans sınırlarında atılımlar sağlayabilir.
Birinci ve ikinci nesil yarı iletken malzemelere kıyasla performanstaki sıçrama sayesinde GaN, kısa dalga boylu ışık yayan cihazlar, fotodetektörler ve yüksek sıcaklık, yüksek frekanslı ve yüksek güçlü elektronik cihazlar yapmak için ideal bir malzeme haline geldi.
Optoelektronik alanı: kısa dalga boylu LED'ler, lazerler, fotodetektörler vb. Dahil, özellikle askeri, havacılık, çevre koruma, bilimsel araştırma ve diğer alanlarda kullanılabilen GaN tabanlı ultraviyole fotodetektörler.
Güç elektroniği alanı: akıllı şebekedeki kontrolörler, güneş enerjisi üretimi, rüzgar enerjisi alanı vb. Dahil olmak üzere, enerji tasarrufu ve yüksek voltajlı çalışmanın kayıpsız işlenmesi, GaN'i yeni enerji otomotiv elektronik cihazları için önemli malzemelerden biri yapar. GaN düşük kayıplıdır, yüksek Frekans ve yüksek verimin avantajları.
Mikrodalga ve radyo frekansı alanları: 5G iletişimi, uydu iletişimi, radar uyarısı (askeri alanda GaN uygulamaları için önemli bir senaryo) vb. Dahil. GaN, yüksek bant genişliği, yüksek verimlilik ve yüksek güç yoğunluğu avantajlarına sahiptir.
Şu anda, GaN uygulaması hala ordu tarafından yönetiliyor ve kademeli olarak insansız arabalar ve kablosuz iletişim baz istasyonları gibi sivil alanlara doğru genişlemeye başladı.
5G dalgası altında, mobil cihaz radyo frekansı endüstrisinin önemli geliştirme fırsatlarını başlatması bekleniyor Cihazların önemli bir köşe taşı olarak, yukarı akış malzemelerine olan talebin de yeni bir hızlı büyüme turunu başlatması bekleniyor. Bu makale bununla başlayacak ve ilk olarak 5G'nin geliştirilmesi altında GaAs ve GaN'nin RF uygulama pazarında bir araştırma ve analiz yapacaktır.
2. 5G için rekabet eden GaAs / GaN başrolü üstleniyor
2.1. 5G, radyo frekansı malzemeleri için hangi yeni gereksinimler getiriyor?
3GPP standart tanımına göre, 5G NR (Yeni Radyo) esas olarak iki ana frekans aralığı kullanır:
FR1, Sub-6GHz frekans bandı olarak da bilinen maksimum kanal bant genişliği 100MHz olan 450MHz-6GHz frekans aralığına karşılık gelir.
FR2, 24.25GH-52.60GHz frekans aralığına karşılık gelir ve maksimum kanal bant genişliği, milimetre dalga frekans bandı (mmWave) olarak adlandırdığımız 400MHz'dir.
Frekansın artmasıyla birlikte, radyo frekansı malzemeleri de yeni zorluklarla karşı karşıyadır. Mevcut ana akım 4G frekans bandı ile karşılaştırıldığında, 5G şemasının frekans bandı daha yüksektir, bant genişliği daha büyüktür ve yol kaybı nispeten daha büyüktür.RF ön uç cihazlarının malzemeleri ve süreçleri için yeni gereksinimler öne sürülmüştür:
1) Bant aralığı, daha yüksek bir frekans bandını çalıştırmak için daha geniştir;
2) Kritik arıza elektrik alanı, daha yüksek güç uygulamalarını karşılamak için daha yüksektir;
3) Daha yüksek termal iletkenlik, ısı dağılımını sağlamak için cihazdaki güç tüketimini çevreleyen ortama iletmeyi kolaylaştırır;
4) Doymuş elektron hızı ve elektron hareketliliği daha yüksektir, parazitik direnç küçüktür ve elektron geçiş süresi daha yüksek frekanslı çalışma ortamına uyum sağlamak için daha kısadır.
5G, ilk frekans bandı olarak Sub-6GHz kullanır. Milimetre dalga frekansı bandı ile karşılaştırıldığında, Alt 6GHz frekans bandı, ağ hızı ve sinyal kapsama alanını hesaba katarak nispeten düşük bir frekansa, daha güçlü bir penetrasyon özelliğine ve daha geniş bir kapsama alanına sahiptir.Aynı zamanda, mevcut 4G LTE ağını kullanmaya devam edebilir ve gerekli baz istasyonu sayısı nispeten milimetredir. Daha az dalga var.Ayrıca, endüstri zincirinin teknolojik olgunluğu, 5G çağında erken inşaat için tercih edilen frekans bandı olacak olan milimetrik dalgalardan daha yüksek. Kasım 2017'de, Sanayi ve Bilgi Teknolojileri Bakanlığı, 5G sistemlerinin çalışma frekans bantları olarak 3300-3400MHz (prensip olarak üst sınır iç mekan kullanımı), 3400-3600MHz ve 4800-5000MHz frekans bantlarını ve Çin'de 5G sistemlerinin erken konuşlandırılması için ana frekans bandı olarak orta frekans bandını açıkladı. Üç büyük operatörün bakış açısıyla, China Telecom, 3400MHz-3500MHz bandında 5G test frekansı kaynakları elde etti; China Unicom, 3500MHz-3600MHz bandında 5G test frekansı kaynakları elde etti; China Mobile, 2515MHz-2675MHz ve 4800MHz-4900MHz bantlarında 5G test frekansları elde etti Aralarında 2515-2575MHz, 2635-2675MHz ve 4800-4900MHz frekans bantlarının yeni eklenen frekans bantları olduğu ve 2575-2635MHz frekans bandının mevcut TD-LTE (4G) frekans bandının yeniden geliştirildiği kaynaklar.
Milimetre dalgası, gelecekteki gelişmelerde önemli bir eğilimdir. Yüksek frekans ve geniş bant genişliği sayesinde milimetre dalga frekansı bandı daha hızlı iletim hızlarına ulaşabilir.Hızlı hız, büyük veri hacmi, küçük gecikme, yüksek sinyal çözünürlüğü ve güçlü iletim güvenliği avantajlarına sahiptir.Gelecekte mikro baz istasyonları tarafından çözülecektir. Zayıf penetrasyon, yüksek yol kaybı ve uzun mesafeli iletimdeki zorluk gibi eksiklikler, 5G'nin geliştirilmesinde önemli eğilimler olacaktır.
2.2 GaAs neden substrat malzemesidir?
Radyo frekansı cihazları için ortak yarı iletken malzemeler arasında Si, GaAs, GaN, SiC, InP ve SiGe bulunur. Mevcut uygulama açısından bakıldığında, çiçek açan yüz çiçeğin ve yüzlerce düşünce okulunun modeline aittir.Bunlardan en yaygın olanı Si CMOS ve GaAs'dır. 5G çağının gelişi, radyo frekansı cihazlarında kullanılan yarı iletken malzemeler için yeni gereksinimleri de ortaya koydu. Substrat malzemeleri açısından bakıldığında, mevcut 5G döneminin (Sub-6GHz) hala GaAs'ın ana alanı olduğuna inanıyoruz.
2.2.1. Performans açısından GaAs / GaN şüphesiz en iyi seçenektir
Galyum arsenit (GaAs): Şu anda en yaygın ve aynı zamanda en olgun bileşik yarı iletken malzemeler. 5G çağının ortaya çıkmasıyla birlikte, anten boyutu minyatürleştirme, taşıyıcı toplama teknolojisi ve çok kullanıcılı çoklu giriş çoklu çıkış teknolojisi, güç seviyeleri ve doğrusallık için daha yüksek gereksinimlere sahiptir.
Yüksek elektron hareketliliğine ve doymuş elektron hızına sahiptir.Elektron hareketliliği, Si malzemelerinin 6 katından fazla olan mevcut yarı iletken malzemeler arasında mutlak bir avantaja sahiptir ve ayrıca üçüncü nesil yarı iletken malzemelerden önemli ölçüde daha yüksektir ve doyma direnci oranı da Si malzemelerine ulaşır. 2 kez
Bant aralığı büyük, 1.42eV, Si sadece 1.12eV;
Kritik arıza voltajı Si'den yüksektir;
Bu nedenle, GaAs şu anda 5G orta bant RF cihaz uygulamaları için en ideal malzemelerden biridir.
GaAs RF güç amplifikatörleri için en yaygın kullanılan tasarım süreci HBT'yi içerir
Galyum Nitrür (GaN): Teoride, birçok performans GaAs'dan önemli ölçüde daha iyidir ve GaAs cihazlarının en büyük potansiyel rakibidir. GaN'nin bant aralığı 3.4eV'dir, bu birinci nesil yarı iletken Si ve ikinci nesil yarı iletken GaAs'lardan çok daha yüksektir ve kritik kırılma voltajı da diğer yarı iletken malzemelerden daha yüksektir.Aynı zamanda GaN daha yüksek bir doymuş elektron hızına sahiptir ve daha yüksek bir frekans bandında çalışabilir. , Teorik olarak GaAs'dan daha iyi olan daha yüksek çalışma sıcaklığına uyum sağlayın, GaAs cihazlarının önemli bir rakibidir.
Silikon (Si): Birinci nesil yarı iletken malzemeler, radyo frekansı cihazları kademeli olarak yüksek frekansa ve yüksek güce dönüştükçe, performans sınırlamaları nedeniyle uygulamaları kademeli olarak kısıtlanmaktadır. Bir yandan, Si'nin doymuş elektron hızı ve elektron hareketliliği nispeten düşüktür ve yüksek frekans özellikleri nispeten zayıftır; diğer yandan Si'nin yüksek frekans kaybı nispeten yüksektir. Ek olarak, nispeten düşük arıza voltajı, Si materyallerinin en büyük kusuru olup, yüksek güçlü RF cihazlarının tasarımına adapte olmayı zorlaştırır. Akıllı telefon güç amplifikatörlerinin evrimi açısından bakıldığında, 2G çağına hala Si tabanlı CMOS hakim. 3G çağında CMOS'un pazar payı düşmeye başladı.Radyo frekansı cihazlarının uygulama senaryoları daha da yüksek frekansa ve yüksek güce evrildikçe Si Baz CMOS'un bariz performans sınırlamaları nedeniyle, akıllı telefon güç amplifikatörü pazarındaki pazar payının daha da düşmesi bekleniyor.
Silisyum Karbür (SiC): Üçüncü nesil yarı iletken malzemeler, mevcut alt tabaka daha iyi olmuştur, ancak yalnızca silikon karbür kullanmak sürekli uyarma için iyi değildir. Şu anda, bir radyo frekansı cihazı olarak kullanılması zordur. Yüksek hızlı trenlerde ve tramvaylarda Si'nin yerini alan IGBT'ler daha iyidir Uygulama umutları.
İndiyum Fosfit (InP): GaAs ile ikinci nesil yarı iletken malzemeye aittir ve ikisinin temel özellikleri benzerdir.Ancak, kırılgan substrat ve zor işlenmesinden dolayı radyo frekansı cihazları yapmak ve GaA'ları değiştirmek zordur. Ana uygulama hala optik fiberdedir. İletişim, lazer dedektörleri.
Silikon Germanyum (SiGe): Bant aralığı çok dar olduğundan, yüksek frekanslı alanlarda kullanılamaz ve temelde yalnızca küçük menzilli kablosuz telefonlarda, Bluetooth vb. Yerlerde kullanılır.
2.2.2. Teknolojik olgunluk perspektifinden, GaN substratlarının GaAs'ın yerini alması için uzun bir yol var
GaN endüstrisi, alt tabaka üretiminde yüksek zorluk ve yavaş teknolojik ilerleme ile hala başlangıç aşamasındadır. GaN substratlarını hazırlamak için mevcut teknikler arasında hidrit buhar fazı epitaksi (HVPE), Ammonotermal Yöntem, Na Akısı ve Yüksek Basınçlı Büyüme Yöntemi (HNPSG) yer alır.
HVPE yöntemi, safir veya GaAs gibi bir substrat üzerinde epitaksiyel GaN'ye yöneliktir. Ayrıca, orijinal substrat epitaksiyel katmandan sıyrılır ve bir GaN substratı elde etmek için parlatılır. Bununla birlikte, heterepitaksiyal büyüme süreci GaN epitaksiyel film ile orijinal substrat arasındaki kafes uyumsuzluğu ve termal uyumsuzluğu, verimi etkileyen epitaksiyel filmin yüksek artık gerilimi, çatlaması ve eğrilmesi.
Gerçek üretim sürecinde, amonyak termal yöntemi, kristal büyüme koşullarının kontrol edilmesinin zor olması ve plaka boyutunun da sınırlı olması sorununa sahiptir.
Hem sodyum eritme yöntemi hem de yüksek basınçlı büyütme yöntemi, zorlu ekipman ve süreçler gerektirir ve tek kristal boyutunda büyük bir atılım elde etmek zordur.
Yüksek maliyet, GaN substratlarının ticari uygulamasını sınırlar. Üretim sürecinin zorluğu, düşük verim ve teknoloji araştırma ve geliştirmedeki yavaş ilerleme nedeniyle, GaN substratlarının mevcut maliyeti hala çok yüksektir. 2005 yılında, 2 inçlik bir substratın maliyeti 20.000 ABD Doları idi. 15 yıllık araştırma ve geliştirmeden sonra, mevcut substrat fiyatı hala 3,000 ABD Doları seviyesinde, 4 inçlik galyum arsenit substratının maliyeti düşükken, yalnızca 100-200 yuan'a mal olur ve 2 inçlik bir galyum arsenit substratı yalnızca onlarca yuan'a mal olur. Maliyet sorunları, GaN'nin bir substrat olarak ticari uygulamasını büyük ölçüde sınırlar.
En azından şimdilik, Alt 6GHz cep telefonu RF cihazları hala GaA'ların ana alanıdır, ancak orta ve uzun vadede daha yüksek frekanslı milimetre dalga aşamasına gelişimden sonra, GaA'lar düşük ısı iletkenliğine ve zayıf ısı dağılımına sahiptir, bu nedenle RF cihazları buna dayanabilir Güç nispeten düşüktür ve korkarım ki 28GHz'in üzerindeki cep telefonu PA'ları için yarı iletken malzemeler için kalifiye olmak zor. Çalışma katmanı olarak GaN'in kullanılması kuvvetle muhtemeldir. O zamana kadar, GaN'nin daha yüksek frekanslı uygulamalar için uygun olup olmadığı sorunsuz bir bağlantı sağlayıp sağlayamayacağı hala teknolojiyi beklemek ve Maliyette ilerleme.
2.3. İkili bir kahraman olarak GaN nerede duruyor?
Kısa vadede, GaN bir substrat malzemesi olarak ticari uygulamalara ulaşmak için hızlı teknolojik ve maliyet atılımları elde etmek zor olsa da, Bir epitaksiyel malzeme olarak, GaN zaten epitaksiyel olarak silikon karbür, silikon, safir ve elmas substratlar üzerinde büyütülebilir. Şu anda, iki ana akım SiC ve GaN-on-Si'dir.
SiC substratı: SiC'nin bir substrat malzemesi olarak avantajı, SiC ve GaN'nin kafes uyumsuzluk oranı ve termal uyumsuzluk oranının Si substrat ve safir substrattan daha küçük olmasıdır.Aynı zamanda, yüksek termal iletkenliğe sahiptir ve yüksek kaliteli GaN epitaksiyel katmanları büyütmek için uygundur. Yüksek güçlü uygulamaları karşılayabilir. Bununla birlikte, SiC substratlarının yüksek fiyat, zayıf işleme performansı ve yüksek kusur yoğunluğu gibi sorunları vardır Şu anda, yüksek kaliteli, büyük boyutlu SiC tekli kristalleri üretmek hala zordur.
Si substratı: Si substrat geniş çapa sahiptir ve işlenmesi kolaydır, fiyat açısından mutlak bir avantaja sahiptir ve daha büyük gofretleri işlerken daha düşük maliyet sağlar. Bununla birlikte, Si ve GaN arasındaki kafes uyumsuzluk oranı ve termal uyumsuzluk oranı daha büyüktür ve yüksek kaliteli GaN'yi büyütmek daha zordur.Genel olarak, sadece küçük güçlü cihazlar kullanılır.
Safir (Al2O3) substrat: Safir geniş bir bant aralığına, iyi kimyasal ve termal stabiliteye sahiptir ve yüksek sıcaklıklarda yetiştirilebilir.Aynı zamanda, safir substrat üretim teknolojisi nispeten olgun, fiyatı nispeten ucuz ve belirli maliyet avantajları vardır. Bununla birlikte, safir ve GaN arasındaki kafes uyumsuzluğu oranı ve termal uyumsuzluk oranı nispeten büyüktür ve elektriksizlik ve zayıf termal iletkenlik eksikliklerine sahiptir, bu da yüksek güçlü cihazları yüksek akımlarda çalışırken belirgin sorunlara neden olur. Şu anda, safir radyo frekansı cihazları için bir alt tabaka malzemesi olarak kullanılmaktadır. Elendi.
Diamond yüzey Elmas, SiC malzemenin 4 katından fazla yüksek ısı iletkenliğine sahiptir.Aynı zamanda, SiC'ye göre daha yüksek kritik kırılma voltajına, daha büyük bant aralığına ve daha yüksek elektron hareketliliğine sahiptir.Alman alt tabakalı GaN radyo frekansı cihazları Daha iyi performans elde etmesi bekleniyor. Bununla birlikte, elmasın GaN kafes uyumsuzluğu oranı ve termal uyumsuzluk oranı ile de büyük sorunları olduğundan, GaN heteroepitaksiyel büyümesi daha zordur.
GaN mikrodalga güç cihazları için uygulama pazarları arasında ulusal savunma, uydu iletişimleri ve kablosuz iletişim baz istasyonları bulunur. Kablosuz iletişim baz istasyonu pazarı için, inanıyoruz ki 5G çağının ortaya çıkmasıyla birlikte GaAs'ın iç mekan ağ sistemi yapısının ana akımı olmaya devam etmesi beklenirken, makro baz istasyonları alanında GaN, yüksek güç özellikleri nedeniyle avantajlarına sahip olacak. Farklı süreçler açısından GaN-on-SiC'nin, daha yüksek güç gereksinimlerine sahip makro baz istasyonlarının radyo frekansı cihazları için yarı iletken malzemelerin ana akımı olması bekleniyor.
Epitaksiyel katman olarak GaN'li radyo frekansı cihazlarının fiyatı düşerek, makro baz istasyonlarında büyük ölçekli uygulama imkanı sağladı. 3. Nesil Yarı İletken Endüstrisi Teknolojisi İnovasyon Stratejik İttifakı tarafından 2019 yılında yayınlanan "2018 Küresel 3. Nesil Yarı İletken Endüstrisi Geliştirme İncelemesi ve Görünümü" ne göre, şu anda Qorvo, Cree, NXP ve MACOM gibi şirketleri içermektedir (MACOM'un ana ürünü GaN-on'dur) -Si RF cihazları, Qorvo, Cree ve NXP ağırlıklı olarak GaN-on-SiC RF cihazları üretmektedir) 170 çeşit GaN HEMT RF cihazı harici olarak satılmaktadır.Ürün fiyat aralığı 90-9000 yuan / adet olup, ortalama fiyatı 23.78 yuan / W'dır. Si LDMOS'un ortalama fiyatının (8,50 yuan / W) 3 katından daha aza düştü. GaN-on-SiC üretiminin teknolojik olgunluğunun kademeli olarak iyileştirilmesiyle, fiyatın düşmeye devam etmesi ve 5G çağında makro baz istasyonu radyo frekansı alanındaki geniş ölçekli uygulaması için bir temel oluşturması bekleniyor.
3. GaAs / GaN pazar alanı hesaplaması (yalnızca cep telefonu ve baz istasyonu RF uygulamalarını dikkate alın)
3.1. Cep telefonları: ikame gelgiti + penetrasyon oranı artışı + KA'ların sayısında artış, GaAs talebi çok büyük
5G çağı, yenileme talebini artırıyor ve akıllı telefon pazarının büyüme rotasına dönmesi bekleniyor. Küresel akıllı telefonlar 2015'e girdiğinden beri, zaten borsaya dahil oldular.Pazar giderek doygun hale geldi, terminal yeniliği azaldı, tüketici değiştirme döngüleri uzadı ve sevkiyatlar düşmeye devam etti. Küresel olarak IDC verilerine göre 2018 yılında küresel akıllı telefon sevkiyatları yıllık bazda% 4,8 düşüşle 1,395 milyar adet oldu.Ancak, bu yılın ikinci yarısında piyasada toparlanma işaretleri görülmeye başladı.Yılın ikinci yarısında ise yıllık bazda düşüşün% 0,4'e gerilemesi bekleniyor. Yıllık sevkiyatların yıllık% 2.2 düşüşle 1.371 milyar adede ulaşması bekleniyor. Yurt içi perspektiften bakıldığında, 2018 yılında yurt içi cep telefonu gönderileri yıllık% 15,6 düşüşle 414 milyon adet oldu. 2019'un ilk üç çeyreğinde sevkiyatlar 287 milyon adet oldu, yıllık bazda% 5,7 düşüş ve düşüş oranı daraldı. 5G'nin gelişmesiyle birlikte, tüketicinin değiştirme ve yükseltme talebinin canlanacağına ve akıllı telefon gönderilerindeki düşüşün tersine dönmesinin beklendiğine inanıyoruz. IDC tahminlerine göre, küresel akıllı telefon sevkiyatlarının 2020'de yıllık bazda% 1,6 artışla düşmeyi bırakıp artması bekleniyor. 2023'e kadar küresel akıllı telefon sevkiyatlarının 2018-2023'te% 1,1'lik GAGR ile 1,454,5 milyara ulaşması bekleniyor.
GaAs'ın cep telefonu PA'daki pazar payının artmaya devam etmesi bekleniyor . Daha küçük bant aralığı, daha zayıf elektrik alanı, daha düşük elektron hareketliliği ve doyma elektron hızı nedeniyle, Si tabanlı CMOS, çalışma frekansı ve çıkış gücü açısından bariz performans sınırlamalarına sahiptir ve RF cihaz uygulamalarına uyum sağlamak giderek zorlaşacaktır. Sahne, yüksek frekansa ve yüksek güce dönüşür. Aynı zamanda, daha iyi performansa sahip GaN tabanlı RF cihazları, teknik ve maliyet sorunları nedeniyle ticari uygulamalara ulaşmak hala zordur. 5G çağındaki Sub 6GHz aşaması, GaAs malzemelerinin yuvası olmaya devam edecek. GaAs PA'nın, Si tabanlı CMOS'un pazar payını ele geçirmeye ve nüfuz etmeye devam etmesi bekleniyor Hız daha da geliştirildi.
Bağımsız KA'ların sayısının önemli ölçüde artması beklenmektedir. Genel olarak 3G ve altı cep telefonları 1-2 PA ile donatılmıştır ve 4G cep telefonlarında ortalama PA sayısı 3-6'dır. 5G döneminde, yeni frekans bantlarının artmasıyla birlikte Massive MIMO (Massive MIMO (Massive Antenna Multiple Input Multiple Output)) teknolojisinin uygulanması cep telefonu antenlerinde önemli bir artış getirmiş, buna bağlı olarak tek bir cep telefonundaki PA sayısı da ulaşması beklenen önemli bir artışa yol açacaktır. 10 veya daha fazla.
Makine değiştirme gelgiti + penetrasyon oranındaki artış + KA'ların sayısındaki artış, GaA'lara olan talep büyük miktarda başladı. GaAs PA akıllı telefonlar + özellikli telefonlar için küresel talebin 2019-2023'te 6,18 milyardan 12,7 milyara çıkacağını ve GAGR'nin% 19,8 olacağını tahmin ediyoruz. Minyatürleştirme eğilimi göz önüne alındığında bile, GaAs PA'ya olan talep önümüzdeki birkaç yıl içinde önemli ölçüde artacaktır.
3.2. Baz istasyonları: sayı hızla artıyor, GaAs ve GaN öncülük ediyor
5G döneminde ağ kapsama alanı "ana baz olarak makro baz istasyonları ve ikincil olarak mikro baz istasyonları" ile sağlanacak ve GaAs ve GaN radyo frekansı cihazlarının her biri yol gösterecek . 5G çözümünün frekans bandı, mevcut ana 4G frekans bandından daha yüksek olduğu için, ilgili dalga boyu büyük ölçüde azalır, kırınım yeteneği daha kötüdür ve yol kaybı da daha büyüktür. 4G ile karşılaştırıldığında, 5G'nin iletim mesafesi kısalır ve kapsama kapasitesi önemli ölçüde zayıflar.Bu sorunun çözümü, daha fazla baz istasyonu inşa edilmesini gerektirir. . Aynı zamanda maliyet faktörü de göz önüne alındığında, "makro baz istasyonu + mikro baz istasyonu" ideal bir çözüm seçeneği olacaktır. Radyo frekansı materyallerinin seçiminde, mikro baz istasyonları makro baz istasyonlarından daha küçüktür ve nispeten daha az güç tüketimi gerektirir.GaA'lar mikro baz istasyonlarının ana akımı haline gelirken, makro baz istasyonları GaN bazlı materyallere dayalı olacaktır.
Massive MIMO teknolojisinin uygulanması, tek bir baz istasyonundaki PA sayısının katlanarak artmasını gerektirir. 5G çağında çok önemli bir teknoloji olan Massive MIMO, iletişim sisteminin spektrum verimliliğini, kapsama alanını ve ağ kapasitesini iyileştirmek için baz istasyonlarında büyük ölçekli dizi antenler kullanır.Bu, onunla eşleştirilecek uygun bir RF alıcı-verici dizisini gerektirir. Tek bir baz istasyonundaki PA sayısı önemli ölçüde artmıştır. 4G çağındaki anten dizileri esas olarak 4T4R ve 8T8R'dir. 5G baz istasyonlarının genellikle 64T64R anten dizilerini kullandığını varsayarsak, 4G'den 5G'ye evrimle birlikte, tek bir baz istasyonundaki PA sayısının 8-16 kat artması beklenmektedir ki bu şüphesiz artacaktır. GaAs ve GaN malzemeleri için büyük talep artışı sağlayın.
Tek bir baz istasyonundaki baz istasyonu sayısı + PA sayısındaki artış iki katına çıkarak GaAs ve GaN talebinde önemli bir artışa neden olmuştur.Ayrıca, makro baz istasyonlarının uygulamasında GaN, yüksek frekans ve yüksek güç performansında mutlak bir avantaja sahiptir ve LDMOS'u ele geçirmeye devam etmesi beklenmektedir. Pazar payı, talebin daha da artmasına yol açar.
Yole'nin tahminine göre, 2016'da 481,6 milyon ABD doları olan toplam GaAs RF cihaz pazarının,% 10,1'lik GAGR ile 2022'de 857,6 milyon ABD dolarına yükselmesi beklenmektedir.Bunlardan baz istasyonu sahasının pazar büyüklüğü 2016'da 155,3 milyon ABD dolarından 2022'ye çıkacaktır. Yıllık büyüme 370,7 milyon ABD doları, GAGR% 70'in üzerinde. Yole ayrıca GaN radyo frekansı cihazlarının pazar büyüklüğünün 2017'de 380 milyon ABD Dolarından 2023'te 1,3 milyar ABD Dolarına çıkacağını ve GAGR'nin% 20'yi aşacağını ve en önemli artışın da baz istasyonlarının uygulanmasından geleceğini öngörüyor.
4. GaAs'ın optoelektronik alanında uygulanması
4.1. LED: büyük hacimli, istikrarlı büyüme bekleniyor
LED, mevcut dört GaAs substrat uygulaması arasında RF uygulamalarından sonra ikinci en büyük uygulama pazarıdır ve önümüzdeki birkaç yıl içinde istikrarlı bir büyüme olması beklenmektedir.
Farklı uygulama bantlarına göre kırmızı-turuncu-sarı LED ve kızılötesi LED olarak ikiye ayrılabilir. Kırmızı-turuncu-sarı LED'ler esas olarak aydınlatma, ekran ve diğer alanlardaki uygulamalara karşılık gelir.Bu uygulama alanındaki GaA'lar düşük ve kararlıdır ve diğer teknolojiler çok az tehdit oluşturur. Kızılötesi LED'ler tıbbi, uzaktan kumanda, optik iletişim ve diğer uygulamalara karşılık gelir ve pazar, kırmızı, turuncu ve sarı LED'lerden çok daha küçüktür.
Farklı teknik göstergeler (kusur yoğunluğu, taşıyıcı konsantrasyonu vb.) Gereksinimlerine göre, düşük kaliteli LED ve yüksek kaliteli LED olarak ayrılabilir. Düşük kaliteli LED alt tabakalar genellikle bazı ekranlarda, sinyal ışıklarında ve dekoratif aydınlatmada kullanılır ve yüksek kaliteli LED alt tabakalar yüksek parlaklıkta ve yüksek hassasiyetli alanlarda kullanılır.
GaAs LED cihazlarının cep telefonlarındaki mevcut uygulaması yalnızca bir anahtardır.Gelecekte, akıllı telefonlarda kızılötesi LED'lerde GaAs uygulamasının önemli ölçüde artması beklenmektedir. Yole'un tahminine göre 2017'den 2023'e kadar akıllı telefon segmentlerinde kızılötesi LED'ler kullanılacaktır. GaAs alt tabaka sevkiyatlarının% 9'luk GAGR ile 28.600 parçadan 49.200 parçaya çıkması ve toplam pazarın da% 7'lik bir GAGR ile 2.22 milyon ABD Doları'ndan 3.4 milyon ABD Doları'na çıkması bekleniyor.
Sıradan LED'lere ek olarak, mikro-LED ve mini-LED de geliştirilmeye devam ediyor ve micro-LDE esas olarak cep telefonu arka aydınlatmasında kullanılıyor.
Yole'nin tahminine göre, geleneksel teşhir, otomotiv aydınlatması ve diğer alanlarda kullanılan GaAs substratları hacim olarak büyüktür ve istikrarlı bir şekilde büyümeye devam etmesi beklenmektedir. Bahçe aydınlatmasında (bitki büyümesi için) GaAs tabanlı kırmızı-turuncu-sarı LED'lerin uygulanması güçlü bir büyüme oranına sahiptir. Kızılötesi güvenlik, akıllı telefonlar ve diğer alanların da iyi bir büyüme oranına sahip olması bekleniyor. 2023 yılında LED alanında kullanılan GaAs substratlarının sevkiyatının 2017'de 725.000'den 2.238 milyona çıkması bekleniyor.Toplam pazarın 2017-2023'te 54 milyondan artması bekleniyor. ABD doları 149 milyon ABD dolarına yükseldi.
4.2. Lazer: Sıfırdan, VCSEL'in yüksek büyüme oranına ulaşması bekleniyor
Lazer alanındaki GaAs uygulaması VCSEL ve VCSEL olmayan olarak ikiye ayrılabilir.GaAs'ın mevcut uygulaması esas olarak VCSEL'de yatmaktadır. GaAs malzemelerine dayanan VCSEL (Dikey Boşluklu Yüzey Yayan Lazer), esas olarak yüz tanıma için kullanılır, sıfırdan bir işlemdir ve gelecekte yüksek bir büyüme oranına sahip olması beklenmektedir. EEL (Kenar Yayan Lazer), ağırlıklı olarak otomotiv lidar alanında kullanılan, VCSEL olmayan bir cihazdır ve sürücüsüz otomobil pazarının genişlemesi ile talebin artması beklenmektedir.
Lazer alanında kullanılan GaAs substratı yüksek teknik göstergeler gerektirir ve birim fiyatı diğer alanlardakinden önemli ölçüde daha yüksektir.Gelecekteki pazar alanı umut vericidir. Lazer uygulamaları dislokasyon yoğunluğuna en duyarlıdır ve aynı zamanda GaAs substrat malzemeleri için en zorlu uygulama alanlarıdır.Bu nedenle, aynı boyuttaki lazerler için GaAs substratlarının fiyatı diğer alanlardan önemli ölçüde daha yüksektir. Yole'ye göre, lazer alanındaki GaAs substratlarının sevkiyatının 2017'de 175.000'den 2023'te 964.000'e,% 37'lik bir GAGR ile artması ve toplam pazarın 2017'de 34 milyon dolardan 2023'te 150 milyona çıkması bekleniyor. USD, GAGR% 28'e ulaştı.
4.3. Fotovoltaik: düşük büyüme oranı beklenen niş bir pazar
Uzay fotovoltaik enerji üretiminde GaAs uygulaması Ge substratlarından gelen rekabete tabidir ve gelecekteki büyüme oranının düşük olması beklenmektedir.
5. Denizaşırı, bağımsız ve kontrol edilebilir bir oligopol pazarı, yerelleştirme ikamesinin başlangıcını başlatır
5.1. Küresel rekabet ortamı: denizaşırı ülkelerin hakim olduğu bir oligopol pazarı
GaAs: Radyo frekansı alanında kullanılan GaAs teknolojisinin yüksek eşiği nedeniyle, PA pazarı çok yüksek bir konsantrasyon ile karakterize edilir.Malzemeden tasarıma kadar hepsine denizaşırı hakimdir. Küresel GaAs endüstri zinciri perspektifinden bakıldığında, substrat ve epitaksiyel gofret pazarları birkaç denizaşırı şirket tarafından tekelleştirilmiştir. 2017'de GaAs substrat pazarı Felberg, Sumitomo Electric ve AXT% 94 pazar payına sahipti. GaAs epitaksiyel gofret RF pazarında, 6 inç epitaksiyel gofretlerin dış kaynak kullanım oranı yaklaşık% 90'tı. 2017'de dış kaynak kullanımı alanındaki iki dev, sırasıyla% 55 ve% 26 pazar paylarıyla IQE ve Yepyeni Optoelektronik idi. Çinli GaAs alt tabaka üreticileri şu anda ağırlıklı olarak düşük kaliteli LED pazarını (dekoratif kızılötesi LED'ler, sinyaller, vb.) İşgal ederken, yalnızca birkaç GaAs alt tabaka üreticisi üst düzey LED pazarı için alt tabakalar (otomotiv ve bahçe aydınlatması için kızılötesi LED'ler) tedarik edebilir.
GaN: Gelişmekte olan bir pazar olan GaAs ile karşılaştırıldığında, Ar-Ge ve üretimde denizaşırı üreticiler hala lider konumdadır. Cree, Qorvo, MACOM, MMIC, vb. Dahil olmak üzere denizaşırı şirketlerin tümü teknolojik geliştirme ve ürün yeniliğinin ön saflarında yer almaktadır. Continental artık GaN malzeme alt tabakaları, epitaksi, proses işleme, devre tasarımı, paketleme, test etme, modüller, güvenilirlik testi vb. Dahil olmak üzere eksiksiz bir endüstriyel zincir düzenine sahip. Frekans bandı 3 mm ve altını kapsıyor ve bazı ürünler uluslararası lider seviyeye ulaştı. Radyo frekansı alanındaki uygulamalar için GaN substrat üreticileri arasında esas olarak Suzhou Nawei ve Dongguan Zhonggal yer alır ve epitaksi şirketleri çoğunlukla Jingzhan Semiconductor ve Suzhou Nengxun'u içerir.
5.2, bağımsız ve kontrol edilebilir, yerelleştirme ikamesinin başlangıcını başlatır
Kendi kendini kontrol etme eğilimi açıktır ve yarı iletken malzemelerin lokalizasyonunun başlangıcıdır. Radyo frekansı çipleri, lazerler veya LED cihazları olsun, malzeme üretim bağlantıları endüstri zincirinin temel değerleridir ve denizaşırı şirketler şu anda oldukça tekeldir. Çin-ABD oyununun ve "Huawei Olayı" nın etkisi altında, yerelleştirme ve bağımsız marka oluşturma bilinci artmaya devam etti. Açık bağımsız kontrol eğilimi altında, GaAs ve GaN yarı iletken malzeme endüstrilerinin politika desteği ve endüstriyel iyileştirmenin rezonansını başlatması bekleniyor.
6. GaAs / GaN materyalleri ile ilgili olarak hisse senedine kayıtlı şirketler
6.1. Youyan Yeni Malzemeler: Üst düzey LED pazarında konumlandırma
Araştırma yeni materyalleri esas olarak nadir toprak materyallerinin, optoelektronik için ince film materyallerinin, biyomedikal materyallerin, nadir metallerin ve değerli metallerin, kızılötesi optiklerin ve optoelektronik materyallerin, fiber optik materyallerin ve diğer yeni materyallerin araştırma ve geliştirme ve üretimi ile ilgilenmektedir. Önemli yan kuruluşu Youyan Optoelectronics New Materials Co., Ltd., ağırlıklı olarak kızılötesi optik ve optoelektronik malzemelerin Ar-Ge ve üretimi ile uğraşmaktadır.Çin'de gelişmiş yarı iletken malzemeler ve kızılötesi optik malzemeler için önemli bir Ar-Ge merkezi ve üretim üssüdür ve dünyanın önde gelen kızılötesi germanyum tek kristal üretim hattına sahiptir. , Kızılötesi optik germanyum levhaları ve kızılötesi LED yüzeyleri konusunda dünyanın ana tedarikçisidir.
Şu anda, Unitech Optoelectronics 600.000 adet / yıl GaAs substrat üretim kapasitesine sahiptir.Mükemmel ürün homojenliğine sahip yatay bir GaAs monokristal üretim hattını benimser. Üst düzey LED uygulamaları için konumlandırılmıştır ve yüksek katma değeri vardır. Kızılötesi LED'ler için ana küresel GaAs substratıdır. Tedarikçilerden biri.
6.2 Yunnan Germanyum: GaAs ve InP materyallerinin düzeni
Yunnan Germanyum'un mevcut malzeme düzeyinde önde gelen ürünleri, bölgede eritilmiş germanyum külçeleri ve germanyum dioksittir; derin işleme açısından, fotovoltaik dereceli germanyum ürünleri çoğunlukla solar germanyum substratlarıdır ve kızılötesi germanyum serisi ürünler çoğunlukla kızılötesi dereceli germanyum tek kristalleridir (optik bileşenler), germanyum Lensler, lensler, kızılötesi termal görüntüleme kameraları, fiber dereceli germanyum ürünleri, optik fiberler için germanyum tetraklorürdür ve germanyum olmayan yarı iletken malzeme sınıfı ürünler ise esas olarak galyum arsenit tek çiplerdir. Şirketin ürünleri ağırlıklı olarak kızılötesi optik, güneş pilleri, fiber optik iletişim ve ışık yayan diyotlar gibi alanlarda kullanılmaktadır.
Şirketin GaAs tek yonga üretim kapasitesi yılda 800.000 parça (4 inç'e eşdeğer) ve 2019'un ilk yarısında 41.700 GaAs tek yonga plakası (4 inç'e eşdeğer) üretildi. Şu anda, şirketin üretimine hala 4 inçlik, 6 inçlik GaA'lar hâkim durumda ve ürünler henüz toplu olarak üretilmiyor ve ürünler çoğunlukla Güney Kore, Fujian, Tayvan ve diğer yerlere satılıyor. 2019'un ilk yarısında, şirketin germanyum olmayan yarı iletken malzeme sınıfı ürünleri (GaAs, InP), 5,417,800 RMB işletme geliri elde ederek nispeten küçük bir işletme geliri oranına (sadece% 2,36) karşılık geldi.
(Rapor kaynağı: Sınai Menkul Kıymetler)
Raporu almak için lütfen www.vzkoo.com adresini ziyaret edin.
Şimdi giriş yapmak için lütfen tıklayın: "bağlantı"
