GaN-приборы и технологии: перспективы рынка, патентная среда

GaN-приборы и технологии: перспективы рынка, патентная среда

Выпуск 6(6680) от 21 марта 2019 г.
РУБРИКА: ПРОРЫВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ МИКРО И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Как ожидается, индустрия радиочастотных GaN-приборов в период 2017–2023 гг. продемонстрирует впечатляющие темпы роста в сложных процентах (CAGR). Движущими факторами станут телекоммуникационное оборудование и средства и системы военного назначения. По итогам 2017 г. продажи на данном рынке приблизились к 400 млн долл., а в 2023 г. они могут превысить миллиард долларов. Также ожидаются изменения в расстановке сил и составе поставщиков.

Производство радиочастотных полупроводниковых приборов на основе нитрида галлия (GaN) демонстрирует впечатляющий рост – ​по данным исследовательской фирмы Yole DОveloppement (г. Лион, Франция) CAGR в период между 2017 и 2023 г. составит 23%, что обу-словлено главным образом спросом со стороны производителей телекоммуникационного оборудования и систем военного назначения, ищущих инновационные технологии. РЧ-приборы на основе GaN отвечают их требованиям. К концу 2017 г. общий объем рынка РЧ GaN-приборов составил около 380 млн долл., и ожидается, что в 2023 г. он достигнет отметки более 1,3 млрд долл. с учетом изменений в составе действующих на данном рынке игроков.

Основным рынком конечного применения РЧ GaN-приборов остаются системы военного назначения, поскольку эти приборы соответствуют специализированным требованиям к высоким эксплуатационным характеристикам, а также отличаются низкой чувствительностью к ценам. В 2017–2018 гг. на долю систем военного назначения пришлось более 35% всего рынка РЧ GaN-приборов, при этом нигде в мире не наблюдается признаков замедления. Данный сегмент рынка GaN-приборов будет продолжать расти параллельно с общим ростом использования GaN-технологии в других секторах [1].

Недавно фирма KnowMade, партнер Yole DОveloppement, произвела исследование патентной среды, связанной с РЧ-технологиями и приборами на основе GaN. Для этого были отобраны и проанализированы более 3750 патентов (сгруппированных в более чем 1700 семейств патентов-аналогов), опубликованных по всему миру до октября 2018 г. Эти патенты относятся к РЧ GaN эпитаксиальным пластинам (включая пластины типа «GaN-на-SiC» и «GaN-на-кремнии»), РЧ полупровод-никовым приборам (включая транзисторы с высокой подвижностью электронов – ​HEMT и биполярные транзисторы на гетероструктурах – ​HBT), интегральным схемам (включая РЧ ИС и монолитные СВЧ ИС – MMIC), технологиям корпусирования и методам эксплуатации. Основными типами приборов, охваченных исследованием, стали РЧ усилители мощности, РЧ переключатели и РЧ фильтры для частот от <6 ГГц до >6 ГГц по СВЧ-излучению и >20 ГГц для миллиметровых волн [2].

РЧ GaN-технология уже признана ведущими производителями как одна из ключевых в основных областях ее применения. Ведущие игроки рынка быстро увеличивают свои доходы, и эта тенденция в ближайшие годы сохранится. Что касается интеллектуальной собственности (сложные функциональные блоки) в экосистеме РЧ GaN-технологии, то здесь доминируют американские и японские фирмы [1].


АМЕРИКАНСКИЕ И ЯПОНСКИЕ ФИРМЫ ДОМИНИРУЮТ В ОБЛАСТИ СФ-БЛОКОВ, ОТНОСЯЩИХСЯ К РЧ GAN-ТЕХНОЛОГИИ

Самым устойчивым положением в области РЧ GaN СФ-блоков обладает американская корпорация Cree/Wolfspeed (рис. 1), особенно по GaN HEMT на SiC-подложках. Лидер рынка РЧ GaN-приборов, японская фирма Sumitomo Electric, также имеет хорошие позиции в области интеллектуальной собственности, но значительно отстает от Cree. Кроме того, Sumitomo Electric замедляет свою патентную активность, в то время как другие японские фирмы, такие как Fujitsu, Toshiba и Mitsubishi Electric, увеличивают число патентных заявок, стремясь расширить и укрепить свои патентные портфели. Однако наибольшую активность по заявкам на получение патентов в сфере РЧ GaN-технологий (особенно по технологии «GaN-на-кремнии») проявляют американские корпорации Intel и MACOM. Другие фирмы, действующие на рынке РЧ GaN-технологий, такие как Qorvo, Raytheon, Northrop Grumman, NXP/Freescale и Infineon, имеют некоторые ключевые патенты, но при этом не обязательно занимают сильные позиции в сфере интеллектуальной собственности. Ведущие китайские игроки в данной области – ​China Electronics Technology Group Corporation (CETC) и Сианьский университет науки и техники, специализирующиеся на РЧ GaN-технологиях в области СВЧ- и миллиметровых применений. Три года назад в сферу патентования СФ-блоков для РЧ GaN-технологий вошел новый кремниевый завод HiWafer. К настоящему времени он стал одним из самых серьезных китайских игроков на этом поле.



Источник: RF GaN2019 – Patent landscape Analysis report, Know, 2019

Рисунок 1. Основные игроки в области РЧ GaN СФ-блоков по емкости патентных портфелей


HEMT НА ОСНОВЕ GAN ДЛЯ РАДИОЧАСТОТНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ

Корпорация Cree/Wolfspeed занимает ведущие позиции по GaN HEMT СФ-блокам для РЧ-применений, особенно в области технологии «GaN-на-кремнии», значительно опережая своих основных конкурентов – ​Sumitomo Electric и Fujitsu. Анализ портфеля соответствующих патентов Cree показывает, что корпорация может эффективно ограничивать патентную деятельность и контролировать свободу работы в этой области других фирм в большинстве стран. Intel, которая позже вошла в патентную систему GaN HEMT, в настоящее время проявляет наибольшую активность как патентный заявитель и намерена в ближайшие годы укрепить свои позиции в области СФ-блоков, особенно в отношении технологии «GaN-на-кремнии». Новые участники сферы патентования РЧ GaN HEMT в основном представлены китайскими фирмами, такими как HiWafer, Sanan IC и Beijing Huajin Chuangwei Electronics. Другие заметные «новички» – ​тайваньские TSMC и Wavetek Microelectronics, южнокорейские Wavice и Gigalane, японская Advantest, а также американские MACOM и ON Semiconductor.


ПОДЛОЖКИ ТИПА «GAN-НА-КРЕМНИИ» ДЛЯ РЧ-ПРИМЕНЕНИЙ

При проведении патентного исследования специалисты фирмы KnowMade столкнулись с рядом интересных моментов. Во-первых, далеко не во всех патентах указывается конкретная подложка-носитель слоя GaN. Во-вторых, с 2011 г. число заявок на патенты, относящиеся к технологии «GaN-на-кремнии» постоянно увеличивается (рис. 2). В-третьих, основными патентообладателями являются корпорации Intel и MACOM, за которыми следуют Sumitomo Electric, Infineon, Panasonic, HiWafer, CETC, Fujitsu и Mitsubishi Electric. Кроме того, значительная часть патентных заявок посвящена двум вопросам:



Источник: KnowMade

Рисунок 2. Динамика патентных публикаций, относящихся к РЧ-применениям на основе «GaN-на-кремнии» и «GaN-на-SiC»

Примечание: Данные за 2018 г. неполные, так как патентное исследование было завершено в октябре 2018 г.


подавлению слоя паразитного канала, формирующегося близ поверхности кремниевой подложки и неблагоприятно влияющего на высокочастотные характеристики;

корпусированию приборов типа «GaN-на-кремнии» и управлению тепловым режимом.


GAN МОНОЛИТНЫЕ СВЧ ИС

Заявки на патенты по GaN MMIC к настоящему времени подали более 30 фирм. Наиболее обширными патентными портфелями обладают корпорации Toshiba и Cree/Wolfspeed (рис. 3), при этом у Cree самые сильные позиции, но Toshiba, приступившая к патентованию GaN MMIC позднее, демонстрирует бЧльшую активность в подаче заявок на патенты. Если эта тенденция в ближайшие годы сохранится, Toshiba сможет выйти на первое место. Последние патенты Toshiba относятся к корпусированию GaN MMIC, а также к инновациям, обеспечивающим возможность поддерживать и выдерживать напряжения, необходимые для работы МДМ-конденсаторов при уменьшении их размеров и масштабировании MMIC в целом. Основными «новичками» в области подачи заявок на патенты по GaN MMIC являются китайские фирмы Tiger Microwave и Beijing Huajin Chuangwei Electronics.



Источник: KnowMade

Рисунок 3. Лидерство в области патентов на СФ-блоки GaN монолитных СВЧ ИС


РЧ GAN УСИЛИТЕЛИ, ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ, ФИЛЬТРЫ

В области патентов и заявок на патенты по РЧ GaN усилителям мощности первое место занимает корпорация Cree/Wolfspeed. За нею следуют Toshiba, Fujitsu, Mitsubishi Electric, Qorvo, Raytheon и Sumitomo Electric. Корпорация MACOM, вышедшая в данную сферу позднее, выделяется активностью в подаче патентных заявок. Максимальную активность в подаче патентных заявок на РЧ GaN переключатели проявляет корпорация Intel, а самым примечательным новым участником данного сектора стала компания Tagore Technology (г. Арлингтон-Хайтс, шт. Иллинойс). В области РЧ фильтров во все большем числе патентных заявок в качестве эпитаксиального слоя указываются нитриды металлов III группы. В настоящее время крупнейшая доля патентных заявок по РЧ GaN фильтрам приходится на корпорацию Intel.


КОРПУСИРОВАНИЕ РЧ GAN-ПРИБОРОВ

Самым заметным игроком в области интеллектуальной собственности на корпусирование РЧ GaN-приборов является корпорация Toshiba. Особое внимание она уделяет корпусированию РЧ полупроводниковых усилителей и MMIC. Также большую активность в данном секторе демонстрируют Cree/Wolfspeed, Infineon, Sumitomo Electric, NXP/Freescale, MACOM, Mitsubishi Electric [2].


ВЫВОДЫ

Как показывают исследования, GaN-приборы и технологии демонстрируют устойчивый потенциал развития. Во многих сегментах данного сектора безусловное лидерство принадлежит американской корпорации Cree. Как и во многих других секторах, имеющих большое значение для систем военного назначения и средств и систем связи, растущую активность демонстрируют китайские изготовители и научно-исследовательские учреждения.

 

1. RF GaN IP Landscape: Who Is Playing the Game? I-Micronews Magazine, February 13, 2019: https://www.i-micronews.com/rf-gan-ip-landscape-who-is-playing-the-game

2. RF GaN Patent Landscape. KnowMade, February 2019: https://www.knowmade.com/downloads/rf-gan-patent-landscape/


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 22(6746) от 11 ноября 2021 г. г.
Выпуск 16(6740) от 19 августа 2021 г. г.
Выпуск 13(6737) от 08 июля 2021 г. г.