Wenn Sie sich in einem Hochhaus, in der U-Bahn oder in abgelegenen Gebieten befinden und das Handysignal zeitweise ausfällt – dahinter steckt die Leistungsgrenze des HF-Leistungsverstärker (PA)-Chips. Diese Situation wird nun grundlegend verändert.

Kürzlich gab das 55. Forschungsinstitut der China Electronics Technology Group Corporation (CETC 55) zusammen mit seiner Tochtergesellschaft Nanjing Guobo Electronics Co., Ltd. bekannt, dass der selbst entwickelte, weltweit erste GaN-on-Si-RF-Chip für intelligente Endgeräte die Massenauslieferung abgeschlossen hat und die kumulierte Auslieferungsmenge 5 Millionen Stück übersteigt. Dies ist die weltweit erste großflächige kommerzielle Einführung dieser Chipkategorie in verbraucherorientierten und zivilen Kommunikationsendgeräten und markiert, dass heimische HF-Chips von der bisherigen Verfolgung internationaler Marken nun tatsächlich einen Spurwechsel und Überholvorgang vollzogen haben.

Der unvermeidliche Weg von GaAs zu GaN

HF-Chips sind das „Signalherz“ von Kommunikationssystemen und bestimmen direkt die Übertragungsrate, Reichweite und Stabilität von Geräten wie Handys und Satellitenendgeräten. Derzeit verwenden die Kernkomponenten heimischer Handy-HF-Chips überwiegend das Halbleitermaterial der zweiten Generation – Galliumarsenid (GaAs).

Mit dem explosionsartigen Wachstum der 5G-/6G-Kommunikation, der kommerziellen Raumfahrt und der Niedrighöhenwirtschaft sind die Anforderungen an HF-Leistungsverstärker-Chips jedoch auf ein neues Niveau gestiegen: höhere Leistung, höhere Effizienz, breitere Bandbreite und höhere Zuverlässigkeit. GaAs-Chips haben zunehmend Schwierigkeiten, diese strengen Anforderungen zu erfüllen. Das Halbleitermaterial der dritten Generation, Galliumnitrid (GaN), gilt aufgrund seiner physikalischen Vorteile wie breiter Bandlücke, hoher Durchbruchfeldstärke und hoher Elektronenmobilität als das nächste Material für HF-Chips. Bisher basierten GaN-RF-Chips jedoch meist auf teuren SiC-Substraten, was hohe Kosten verursachte und den Einsatz in verbraucherorientierten intelligenten Endgeräten erschwerte.

Wie man auf einem Siliziumsubstrat leistungsstarke GaN-Bauelemente züchtet und gleichzeitig eine kostengünstige Massenproduktion erreicht – diese „sowohl als auch“-Herausforderung ist seit Jahrzehnten ein Schwerpunkt der globalen Halbleiterindustrie.

Eigenständige Durchbrüche in der gesamten Kette, Bau der ersten 6-Zoll-Produktionslinie in China

Das Team des CETC 55 hat sich auf die wichtigen nationalen strategischen Anforderungen konzentriert und gebündelte Anstrengungen unternommen, um die gesamte Kette der Schlüsseltechnologien für GaN-on-Si zu erforschen. Nach jahrelanger intensiver Arbeit gelang es dem Forschungsteam, eine Reihe technischer Engpässe zu überwinden, darunter die Materialepitaxie, das eigenständige Chipdesign, die Prozessvalidierung und die Zuverlässigkeitstests der Produkte.

Das Kernteam erklärte, dass die Entwicklung zwei Jahre dauerte und die Schlüsselkerntechnologie des Halbleitermaterials der dritten Generation – GaN-on-Si – erfolgreich gemeistert wurde.

Das 55. Forschungsinstitut und seine Tochtergesellschaft Nanjing Guobo Electronics Co., Ltd. haben außerdem die erste 6-Zoll-Produktionslinie für Niederspannungs-GaN-on-Si-RF-Chips in China aufgebaut, die eine solide Kapazitätsbasis für die Massenproduktion schafft. Die Chip-Ergebnisse wurden zu den zehn wichtigsten technologischen Fortschritten im Bereich der elektronischen Information in der Provinz Jiangsu im Jahr 2026 ernannt.

Kleines Volumen, niedrige Kosten, hohe Leistung – ein „Allrounder“

Im Vergleich zu herkömmlichen GaAs-RF-Chips bieten GaN-on-Si-RF-Chips eine enorme Leistungssteigerung bei gleichzeitig kleinerer Fläche und geringeren Kosten.

Diese Chipserie zeichnet sich durch herausragende Eigenschaften wie hohe Leistung, hohe Effizienz, extrem breite Bandbreite und hohe Zuverlässigkeit aus und kann präzise die strengen technischen Anforderungen der integrierten Weltraum-Luft-Boden-Kommunikation an HF-Leistungsverstärker-Chips mit hoher Effizienz und Linearität erfüllen. Gleichzeitig hat das Team erfolgreich eine Reihe von Produkten entwickelt, die für verschiedene Szenarien geeignet sind, darunter HF-Chips für Satellitenlast-Kommunikationssubsysteme, Niedrighöhenplattform-Kommunikationsendgeräte und Datenübertragungsmodule, Boden-Gateways sowie intelligente Endgeräte.

Vom Handy zum Satelliten – „Chips“ verbinden Himmel und Erde

Im Bereich der intelligenten Endgeräte ist dieser Chip bereits in verbraucherorientierten Geräten wie Handys verbaut und löst effektiv die Probleme von Signalstörungen und Verbindungsabbrüchen in komplexen Szenarien wie Hochhäusern, U-Bahnen und abgelegenen Gebieten, wodurch eine „durchgängige Online-Verfügbarkeit“ ermöglicht wird.

Im weiteren Bereich der Luft- und Raumfahrt steigt mit der beschleunigten Entwicklung der kommerziellen Raumfahrt, der Niedrighöhenwirtschaft, der 6G-Forschung und der Informations- und Kommunikationsindustrie in China die Nachfrage nach kostengünstigen, leistungsstarken HF-Chips explosionsartig. Das integrierte Weltraum-Luft-Boden-Informationsnetzwerk ist die Kernbasis für die zukünftige 6G-Kommunikation, kommerzielle Raumfahrt, Niedrighöhenwirtschaft und Notfallkommunikation. Die Massenproduktion dieses Chips bietet die entscheidende Hardware-Unterstützung für diese ehrgeizige Vision.

Ein Verantwortlicher des Teams verriet, dass als nächstes GaN-on-Si-RF-Chips für Satellitenlast-Kommunikationssubsysteme, Niedrighöhenplattformen und Satellitenendgeräte auf den Markt kommen werden, wodurch die Kosten für direkt mit Satelliten verbundene Niedrighöhenplattformen und Handheld-Endgeräte drastisch gesenkt werden.

Jahrzehntelanges ausländisches Monopol gebrochen, „Spurwechsel und Überholen“ realisiert

Dies ist ein historischer Sprung für heimische HF-Chips.

In den letzten Jahrzehnten hatten ausländische Hersteller ein langjähriges Monopol im Bereich HF-GaN. Die großflächige kommerzielle Nutzung von GaN-on-Si-RF-Chips in intelligenten Endgeräten hat das Problem der Industrialisierung hochwertiger HF-Chips effektiv gelöst und markiert, dass heimische HF-Chips für intelligente Endgeräte von der bisherigen Verfolgung internationaler Marken nun tatsächlich einen „Spurwechsel und Überholvorgang“ vollzogen haben.

Mit dem Fortschritt des Erweiterungsprojekts für 8-Zoll-GaN-on-Si-Chips mit einer Jahreskapazität von 720.000 Stück wird die Produktionskapazität heimischer GaN-on-Si-Chips weiter freigesetzt und bietet eine unerschöpfliche, harte Unterstützung für die flächendeckende Abdeckung und Hochgeschwindigkeitsvernetzung des integrierten Weltraum-Luft-Boden-Informationsnetzwerks.