小米宣布开发GaN，有望导入手机内部
12月14日，小米创办人，董事长兼CEO雷军在微博平台上宣布，小米手机射频团队论文《First Integration of GaN Low-Voltage PA MMIC into Mobile Handsets with Superior Efficiency Over 50%》已成功入选全球半导体与电子器件领域顶会 IEDM 2025。
据了解，该论文由小米集团手机部与苏州能讯高能半导体有限公司、香港科技大学合作完成，率先报道了应用于移动终端的高效率低压硅基氮化镓射频功率放大器。
小米技术团队表示，此次入选标志着氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）技术在移动终端通信领域实现历史性突破，具体包括：
● GaN晶体管能够在 10V 工作电压下，实现了功率附加效率突破80%，在手机平台上完成了系统级性能验证。
● 实现了 GaN HEMT 工艺的功放芯片与 Si CMOS 工艺的电源管理芯片在模组内进行高密度封装集成。
● 采用D-Mode GaN HEMT，有效规避误开启与击穿风险。
“行家说三代半”认为，小米作为全球TOP级手机厂商，率先开发出基于GaN的手机内部射频模块，这为氮化镓在手机等消费类电子开拓出第三个应用场景，将利好整个氮化镓产业的发展，假设未来手机全部导入GaN功放器件，年需求量将达到140亿颗左右。
小米开发低压氮化镓
实现3大技术突破
小米在论文中提到，在当前移动通信技术从 5G/5G-Advanced 向 6G 演进的关键阶段。目前主流手机功率放大器广泛采用砷化镓（GaAs）半导体工艺，三是随着 6G 技术愿景逐步清晰，通信系统对频段、带宽与能效的要求不断提升，传统 GaAs 基功率放大器已难以满足未来通信对更高功率输出、更低能耗与更紧凑封装尺寸的综合需求。
氮化镓（GaN）被视为突破当前射频功放性能瓶颈的重要技术方向之一。然而，传统 GaN 器件需在 28V/48V 的高压下工作，无法与手机终端现有的低压供电系统相兼容。
为攻克这一难题，小米研究团队聚焦于硅基氮化镓（GaN-on-Si）技术路线，成功开发出面向手机低压应用场景的射频氮化镓高迁移率电子晶体管（GaN HEMT）技术，并率先在手机平台上完成了系统级性能验证，为6G时代终端射频架构的演进奠定了关键技术基础。
得益于外延设计优化与工艺创新，该晶体管能够在 10V 工作电压下，实现了功率附加效率突破80%、输出功率密度达 2.84 W/mm 的卓越性能。此外，该方案针对耗尽型高电子迁移率晶体管（D-Mode HEMT）的常开特性，设计了专用的栅极负压供电架构，通过精确的负压偏置与缓启动电路，确保器件在开关过程中保持稳定可靠，有效规避误开启与击穿风险。
在模组集成层面，通过多芯片协同设计与封装技术，实现了 GaN HEMT 工艺的功放芯片与 Si CMOS 工艺的电源管理芯片在模组内进行高密度封装集成。最终，该器件在手机射频前端系统中完成了关键性能指标的全面验证，为低压氮化镓技术在下一代移动通信终端中的应用提供重要参考。
小米研究团队表示，这一成果的实现，标志着低压硅基氮化镓射频技术从器件研发成功跨越至系统级应用。这不仅从学术层面验证了该技术的可行性，更在产业层面彰显了其在新一代高效移动通信终端中的巨大潜力。他们将持续深化与产业链的协同创新，推动该技术向更复杂的通信场景拓展，加速其在移动终端领域的规模化商用进程。
单台手机用量16颗
潜在规模超140亿颗
现代手机的射频前端（RFFE）位于天线和收发器之间，是负责无线信号发射和接收的关键模块，主要由4个部分构成，包括：功率放大器（PA）、滤波器、射频开关和低噪声放大器（LNA）。
根据研究机构strategy analyst分析，5G手机内部的PA芯片用量最高可达16颗，比4G手机多1倍以上。
“行家说三代半”综合多家研究机构数据发现，最近3年手机市场实现了复苏，而其中5G手机的贡献最大，2024年全球5G手机约为8.7亿台，预计2025年将增至9.4亿台，渗透率将达到78%。
假设未来所有的5G手机都采用GaN基PA芯片，那么GaN-PA芯片的用量将达到140-150亿颗。
本文发自【行家说三代半】，专注第三代半导体（碳化硅和氮化镓）行业观察。
