GaN MMICパワーアンプ市場の展望とアプリケーション

次に購入するスマートフォンには、無線通信用のGaN MMICパワーアンプが搭載される可能性が高いです。かつて学術界に限定されていたものが、現在では急速に商業化されています。これらの開発はスマートフォンに限られているわけではありませんが、成長しているRFコンポーネント市場の大きな部分を占めると予想されています。自動車、航空宇宙、さらにはロボティクスにおける高周波レーダーが、GaN MMICのさらなる採用を大きく推進すると期待されています。高熱伝導率と耐圧電圧を必要とする関連分野として、GaN-SiCおよび4H-SiCアンプは、再生可能エネルギー部門での豊富な使用が期待されています。

市場データが証拠です。Global mobile Suppliers Association (GSA)の最新の市場データによると、全ての5Gデバイスの67%以上がsub-6 GHzスペクトラムバンドをサポートしており、34%以上がmmWave無線通信をサポートしています。発表されたデバイスの27%以上がmmWaveとsub-6 GHz無線通信の両方をサポートしています。より多くのデバイスがmmWave範囲に進出し、これらの製品の冷却方法がより革新的になるにつれて、最近の推定では、2023年までに全世界のアンプ市場の価値が16億ドルから30億ドルになるとされています。GaNは、この総市場シェアの43%を占めると予測されています。

これらのコンポーネントを取り巻く興奮が高まる中、RF、モバイル、レーダー、または電力変換の設計者であることは良い時期です。イノベーションを求めているなら、次に成長が見込まれる場所と、これらのアプリケーションにおいてGaN MMICがなぜ重要であるかを読み進めてください。

GaN MMICパワーアンプに対する興奮の理由は？

GaNは、GaAsやバルクシリコンと並んで、高電子移動度トランジスタ（HEMT）に理想的な半導体です。RFアプリケーション用のGaNとSiやGaAsとの重要な違いは、それらの材料特性を比較すると明らかになります。以下の表に簡単な比較を示します。

RFパワーエレクトロニクスにおける実際の利点は、二つの点で現れます。まず、バルク層におけるSiの移動度は反転層よりも大きいのに対し、GaNでは逆の現象が観察されます。これは、GaNがON状態での抵抗が低いことを意味し、トランジスタの効率にとって重要な指標です。次に、より広いバンドギャップのおかげで、より高い耐圧閾値を持っています。もし統合フォトニクスの世界がUV波長での使用に向けて商業化されるならば、GaNはUV EPICsにとって主要な半導体です。

GaNとSiの熱伝導率は似ていますが、GaNははるかに高い動作温度に耐えることができます。また、GaNは自身の上ではなくSiC基板上に成長させることができます。4H-SiCの熱伝導率は490 W/m•Kであり、高周波で高出力を実行するGaN-SiC MOSFETsにとって、うまく統合されたヒートシンクを提供します。これらの特性は、多くのアプリケーションに対するGaN MMICパワーアンプデバイスの製造技術と設計を推進しています。

GaNパワーアンプリファイアの有望なアプリケーション

以下は、GaNパワーアンプの新興アプリケーションの一部です。

通信用アンプ

LTE無線ネットワークの普及は、GaNアンプ市場を押し上げる主要な成長要因です。5Gの展開により、無線バックホールおよび基地局でGaN/GaN-SiCアンプの使用が増加し、この分野の市場成長の50％を占めることになります。ボード設計者にとって、GaN/GaN-SiCアンプは、これらのコンポーネントがオンボードおよびオフボードの冷却装置を少なく済ませることができるため、理想的な選択肢となります。

自動車、防衛、航空宇宙

この分野での主要な高周波アプリケーションは、自動車用のWバンドと、航空宇宙/防衛用のNATOのMバンドでのレーダーです。GaNデバイスは、フラットな分散/出力容量のおかげで、必要な高周波をサポートすることができます。Wバンドまでの周波数範囲のレーダーは、GaAsデバイスからの移行を必要とします。GaNデバイスの高い使用電圧も、GaAsと比較して高い出力電力を提供し、より長い範囲を可能にします。

GaNデバイスは、約77 GHzで動作する長距離自動車用レーダーシグナルチェーンに最適な選択肢です。製造能力の拡大と競争の激化によりコンポーネントのコストが下がるにつれて、これらのアプリケーション用のレーダーモジュールのコストも下がるでしょう。自動車用レーダー向けの統合トランシーバーモジュールおよびSoCの普及も、新製品の小型化を促進しています。

代替エネルギーのための電力変換

高周波アプリケーションではありませんが、高電圧での効率的な電力変換と長期間の信頼性には、高温に耐え、熱を迅速に放散できるデバイスが必要です。GaN-SiおよびGaN-SiCはこの条件に適していますが、SiC基板の高い熱伝導率は、高電圧/高出力アプリケーションにGaN-SiCを適しています。新しいGaNパワーアンプは、三相産業用、電力配分/変換、および自動車電子機器のkV範囲までの電力変換を可能にしています。

これらの新しい分野での商業化と需要が高まるにつれて、設計者は新製品に利用可能なコンポーネントを知る必要があります。Octopartで次のGaN MMICパワーアンプを見つけ、Altium Designerにコンポーネントの設計データをすぐにインポートすることができます。

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