多年來一直在醞釀的5G浪潮最終將在2019年到岸。早期（但極其有限）的服務推出將大張旗鼓，第一輪支持5G的設備將開始進入市場。然而，更廣泛的商業部署仍然遙遙無期，從2020年到2025年將是一個緩慢但不斷增長的浪潮。CCS Insight預測，到1年，全球將有5億2023G用戶。思科表示，到5年，3G設備和連接將占全球移動設備和連接的2022%，到12年，全球近5%的移動流量將用于2022G蜂窩連接。

圍繞5G的狂熱是有根據的。更高的網絡帶寬、更低的延遲和令人難以置信的快速數據速度的可用性將刺激各行各業的大量新應用，從制造業到能源到運輸等等。智能城市、智能制造、自動駕駛汽車和互聯交通都可以通過5G的可用性來實現。

5G還圍繞提供滿足帶寬、延遲和數據速度新要求的連接所需的技術和基礎設施設計帶來了新的思維。它不僅需要在宏觀層面實現致密化——這意味著更多的基站——還需要在設備層面實現功率致密化。當今的電信基礎設施設計需要最符合許多應用標準的技術，包括熱量、速度、功率、效率、尺寸和成本。

RF設計人員可以使用多種類型的半導體，包括：

側向擴散金屬氧化物半導體（LDMOS），一種利用硅晶圓襯底的具有高輸出功率能力的寬帶隙半導體材料

氮化鎵（GaN）是一種寬帶隙半導體材料，以其高水平的導熱性，熱容量和硬度以及對電離輻射的低敏感性而聞名，它利用硅或碳化硅（SiC）晶圓襯底。SiC上的GaN已被證明是無線通信的更好解決方案，因為它具有導熱性、材料匹配性、效率和總生命周期成本。

隨著5G的日益成熟，滿足其所有要求的技術 - 特別是在5G使用的更高頻率下 - 是SiC上的GaN。

5G 挑戰

為什么5G在技術要求方面與前幾代無線技術如此不同？它分為三個關鍵要素：

需要更寬的帶寬。移動數據的持續爆炸式增長是有據可查的;思科的虛擬網絡指數顯示，到今年，對移動數據的需求將超過每月49艾字節的數據 2021.To 以更高的速度支持該級別的數據，需要利用更多的頻譜。頻譜帶越寬，數據傳輸速度越快。5G 標準允許更寬的頻段 （1 GHz+） 一個數量級，從而實現更快的吞吐量。
然而，“如果你試圖在高功率下做寬帶寬，那么LDMOS在大多數時候都不會是最佳的，”Wolfspeed射頻產品開發和應用高級總監Simon Wood說，“而SiC上的GaN可以輕松支持下載速度的十倍提高。

新的頻率范圍正在發揮作用。5G將帶來3.5 GHz和4.8 GHz兩個新頻段的使用，以幫助滿足不斷增長的吞吐量需求。傳統的LDMOS硅技術通常在3 GHz以下運行。 “一旦你進入這些更高的頻率為5G開放，LDMOS就不能很好地工作，”伍德說。此外，“有一個臨界點，SiC優于Si，2.7 GHz就是這個臨界點。

尺寸很重要。5G基站，特別是在城市地區，具有易于滑入已經完善的環境的尺寸要求。由于SiC上的GaN半導體效率更高，因此SiC芯片上的GaN可以縮小約20%，并且可以在6英寸晶圓上放置更多的瓦特，這意味著更小的基站設計和通常更容易的安裝是可能的。

為什么選擇碳化硅上的氮化鎵？

與LDMOS相比，SiC上的GaN在5G基站性能和效率方面提供了顯著的改進：

更好的熱特性。與其他材料相比，SiC上的GaN具有更好的導熱性，可以更有效地散熱，使設備能夠在比其他技術更高的電壓和更高的功率密度下運行。

具有相同性能的更小陣列可能。由于SiC上的GaN具有卓越的熱特性，因此每個器件的功率可以遠高于Si上的GaN所能達到的功率。這意味著 32 倍 MIMO 陣列比 64 倍是可行的，例如，導致基站更小。

足夠堅固，可滿足 5G 需求。碳化硅上的氮化鎵堅固、可靠且硬化，具有高擊穿電壓和最小的性能下降。

在更高頻率下效率更高。LDMOS在較低頻率下效果最佳。在用于5G的更高頻率（例如3.5 GHz）中，GaN的效率比LDMOS高10%至15%。

未來優化的重要跑道。像LDMOS這樣的硅基技術已經使用了多年，并且正在達到其優化壽命的終點。相比之下，GaN處于早期階段，有很大的改進和擴展空間。

審核編輯：郭婷