第3代半導體材料在5G通信領域的發展與機遇

張賢杰

(黑龍江省科學院江蘇技術轉移中心，江蘇 鎮江 212000；黑龍江省科學院智能制造研究所，哈爾濱 150090)

0 引 言

2019年11月1日，我國三大運營商正式上線了5G商用套餐，這意味著5G正式進入了商用階段。5G網絡已經完成了基礎建設，還會向多元化、綜合化、智能化方向發展。現階段，移動終端的智能水平不斷提高，2020年移動數據流量呈現指數增長的趨勢。為了加速通信領域的發展，還需要結合新材料的應用給5G網絡帶來更多機遇。

2019年作為5G的商用元年，在未來的發展過程中，產品的更新速度會不斷加快。2020年5G產品正在成為社會發展的主線，新產品的提出和更新給人們的生活提供了更多的便利條件。5G系統對移動終端設備的要求不斷提高，4GIte系統無法滿足正常需求。為順應綠色環保、低碳發展的理念，運營商在通信網絡中進行了一系列完善。射頻功率放大器是基站設備中消耗能量較多的部件，所以，尋求質量輕、體積小、成本低的物質進行代替具有重要意義。

1 5G通信領域的發展

5G，即第五代移動通信技術(5th Generation mobile networks)，其作為全新一代的移動通信技術，是4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系統的延伸和拓展。5G將高速率、延遲少變成了現實，在成本逐漸降低的情況下，提高了設備的容量和儲存率，讓設備的發展規模進一步擴大。Release-15中的5G規范指出，初期階段主要完成戰略部署，順應商業化發展。Release-16中指出，將2020年4月完成的IMT-2020技術的候選提交給國際電信聯盟(ITU)。

5G網絡同樣是數字蜂窩網絡，但是對區域的劃分更加細致，將供應商覆蓋的服務區劃分成蜂窩狀小地理區域，通過手機等終端設備將模擬信號做數字化處理，在模數轉換器的處理下變成比特流傳輸，加快了數據的傳輸速度。通過高帶寬光纖或無線回程將本地天線與互聯網和電話網絡連接。移動終端設備可以從一個蜂窩轉換到另一個蜂窩中，也就是在移動終端設備使用位置發生變化時，自動切換到新蜂窩的天線中。5G網絡的數據傳輸速率比以往的蜂窩網絡高很多，是4Glte蜂窩網絡的100倍。數據傳輸的便利不僅使手機服務功能更加完善，在家庭生活和日常辦公中也更加便利。

2 寬禁帶半導體在5G領域中的應用

寬禁帶半導體主要指碳化硅和氮化鉀，是硅、鍺(第一代)、砷化鎵、磷化銦(第二代)等材料發展起來后的全新半導體材料，能夠在溫度較高外界能量變化較大的情況下，保持原有導電性，維持設備在高溫高輻射環境中的運行。碳化硅和氮化鎵能夠在600℃以上的工作環境中高功率密度射頻電子，是半導體科學、高溫電子學、高功率微波電子學等專業的研究重點。5G通信系統對移動通信基站的帶寬要求不斷提高，由于射頻功率放大器消耗能量較多，所以尋求質量輕、體積小、成本低的物質進行代替具有重要意義。碳化硅和氮化鎵作為新型材料，在器件中顯示出了巨大的優勢。在5G通信設備中運用這些材料具有重要意義，現階段屬于高核心項目。

氮化鎵基射頻器件可以提供更高的工作電壓，使功率密度不斷提高，滿足工作頻率要求和帶寬要求。由于氮化鎵材料本身性質的優勢，受到越來越多研究人員的喜愛。現階段，氮化鎵鎵材料是5G無線通信網絡中的理想射頻功率器件材料。我國許多通信技術企業對氮化鎵技術的應用進行了深入研究，如中國電子科技集團公司第十三研究所、蘇州能訊高能半導體有限公司等。氮化物材料的射頻器設計、材料應用方法、可靠性機理、功能性完善等方面已經有了許多理論研究成果。

隨著移動通信市場規模的不斷擴大，基站射頻功率器件需求量不斷增加。氮化鎵與普通硅基LDMOS器件相比具有更多的優勢，在無線通信基站和衛星通信領域中能夠發揮出更大價值。

3 結語

隨著社會的發展和科學技術水平的提高，未來5G系統還會進一步發展，支持更多機械設備的通信和運行。實現智能環境的構建，將實際環境和移動通信設備融合在一起，慢慢地會有更多的設備接入到5G網絡中。5G具有很高的穩定性和可靠性，制定出的系統具有超高性能。社會發展與科學進步完美結合在一起，使移動醫療、工業互聯網成為現實，并在商品銷售行業中運用5G網絡建設運營環境。未來，移動通信領域在5G網絡設備上的投資還會不斷增加，越來越多的人會了解5G、接受5G、喜歡5G。預計2030年，各行各業在5G設備方面的支出會超過5 200億元。在5G行業的發展過程中，與各行各業的實際情況融合在一起，使5G設備的支出不斷增加。在5G的帶領下，其他行業還會向著更快更好的方向發展。在5G通信領域中運用第3代半導體材料迸發出新的火花，將迎來新的發展機遇，給人們帶來更好的生活品質。