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半导体材料的发展史 可以说，移动通信的发展史也伴随着半导体材料的发展史。 作为集成电路发展的基础，第一代半导体材料以硅(Si)为主导，目前95%的半导体器件和99%以上的集成电路都是硅材料制作。 20世纪90年代以来，随着光纤通讯和互联网的高速发展，促进了以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为代表的第二代半导体材料的发展需求，其成为制造高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料，广泛应用于通讯、光通信、GPS 导航等领域。 第三代半导体材料主要包括碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、金刚石等，因其禁带宽度(Eg)大于或等于2.3 电子伏特(eV)，又被称为宽禁带半导体材料。其具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点，因此也被业内誉为固态光源、电力电子、微波射频器件的“核芯”以及光电子和微电子等产业的“新发动机”。  5G时代的半导体器件需求 为了满足5G时代三大场景的业务需求，5G对系统及器件提出了高速、宽带、低功耗、高频及低时延等多项技术要求。比如，5G系统的工作频率从低频到 100GHz，瞬时带宽从20MHz 到 1GHz，功率放大器的平均输出功率从几W到几十W。此外，5G系统还需要具有更高的工作效率，更低的能耗及更低的成本要求等。 目前基站侧所采用的功放一般都采用 LDMOS 工艺，但未来 LDMOS 工艺将逐渐被GaN工艺所取代。尤其对于3.5 GHz及以上频率，LDMOS存在固有技术限制。第四代氮化镓技术在功率密度、节省空间和能源效率方面具有显著优势，而且还有助于实现优于LDMOS的成本结构。 比如，第四代氮化镓的原始功率密度比当前LDMOS技术的原始功率密度高出许多，每单位面积可将功率提高4到6倍。氮化镓裸片尺寸为LDMOS裸片尺寸的1/6至1/4，能够实现更小器件封装，更加适用于3D-MIMO天线系统。此外，第四代氮化镓与LDMOS相比，效率提高了百分之十以上，同时可以支持的带宽更宽。  在终端侧，4G 手机中功率放大器通常采用砷化镓(GaAs)材料的异质结型晶体管(HBT)技术制造。但目前批量生产的都是4英寸的GaN，还不足以支撑未来5G时代的发展，需要升级到6英寸，同时硅基氮化镓目前也尚不成熟。此外，未来5G 手机还需要相控阵天线，每根天线都有独立的 PA 和移相器，因此相应的半导体器件需求将会非常巨大。对于滤波器来说，到2020年，5G频段数量预计新增50 个以上，理论上新增一个频段需要配2个滤波器，因此频段数量的增长也将直接驱动滤波器数量的大幅增长。  国内发展现状与展望 2015年，全球半导体材料市场产值已达到 434 亿美元，约占据整体产业的 13%，其规模巨大。国内半导体材料市场近年来受产业链增长拉动，半导体材料销售额保持较高增速，2006-2015 年保持平均 14%的增长率。2015 年已经达到 61.2 亿美元的规模，且占有率有持续增长的趋势。预计随着全球半导体产业向大陆转移，日本、台湾等占有率将有所下降，而大陆半导体材料市场将会进一步扩大。下图为2015 年全球各地区半导体材料市场占比。  然而，在2G、3G、4G时代，我国在移动通信领域的有源射频芯片和器件上基本被国外所垄断。而在第三代半导体领域的研究工作上，我们一直紧跟世界前沿，进一步缩小与国际先进水平的差距。比如，目前国内 4英寸GaN方面，含材料外延的完整4英寸研制、生产平台，与国际同步，形成了标准的GaN器件及MMIC工艺等。
过去数年来，半导体发展的商业环境和政策环境都发生了深刻的变化。在商业环境方面，低成本的国产智能手机已取得绝大数国内市场份额，并积极走向世界，中国设计的安卓手机占据超过50%的全球市场。同时，中国本土无厂半导体公司正脱颖而出，且本土半导体代工厂也取得了进步。在政策环境方面，到2020年，产业发展纲要中要求中国半导体产业年增长率不低于20%，政府在五到十年内将最大投资1700亿美元。因此，有理由相信，随着国内第三代半导体技术产业的快速发展，我们必然会在5G时代占有重要的一席之地。 |
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