Lorsque vous vous trouvez dans un immeuble de grande hauteur, dans le métro ou dans une région reculée, le signal de votre téléphone portable est intermittent – cela est dû aux limitations de performance des puces d’amplificateur de puissance RF (PA). Aujourd’hui, cette situation est en train d’être complètement transformée.

Récemment, le 55e Institut de Recherche de la China Electronics Technology Group Corporation (CETC 55) et sa filiale, Nanjing Guobo Electronics Co., Ltd., ont annoncé que la première puce RF mondiale en nitrure de gallium sur silicium (GaN-on-Si) destinée aux terminaux intelligents, développée en interne, a achevé des livraisons en grande série, avec un volume cumulé dépassant les 5 millions d’unités. Il s’agit de la première réalisation mondiale d’un déploiement commercial à grande échelle de cette catégorie de puces dans les terminaux de communication grand public et civils, marquant un véritable changement de cap pour les puces RF nationales, passant d’un simple rattrapage des marques internationales à une avancée décisive.

Le passage obligé de l’arséniure de gallium au nitrure de gallium

Les puces RF sont le « cœur du signal » des systèmes de communication, déterminant directement le taux de transmission, la couverture et la stabilité des appareils tels que les téléphones portables et les terminaux satellites. Actuellement, les composants principaux des puces RF des téléphones portables nationaux utilisent généralement des matériaux semi-conducteurs de deuxième génération – l’arséniure de gallium (GaAs).

Cependant, avec la croissance explosive des communications 5G/6G, de l’aérospatiale commerciale et de l’économie à basse altitude, les exigences pour les puces d’amplificateur de puissance RF ont atteint de nouveaux sommets : puissance plus élevée, efficacité accrue, bande passante plus large et fiabilité renforcée. Les puces en arséniure de gallium peinent de plus en plus à répondre à ces exigences strictes, tandis que le nitrure de gallium (GaN), un matériau semi-conducteur de troisième génération, grâce à ses avantages physiques tels qu’une large bande interdite, un champ de claquage élevé et une mobilité électronique élevée, est reconnu comme le matériau de prochaine génération pour les puces RF. Cependant, les puces RF en nitrure de gallium existantes sont principalement basées sur des substrats coûteux en carbure de silicium (SiC), ce qui rend leur coût élevé et difficile à intégrer dans les terminaux intelligents grand public.

Comment faire croître des dispositifs en nitrure de gallium performants sur un substrat de silicium tout en réalisant une fabrication à faible coût et à grande échelle – ce défi « à la fois exigeant et contraignant » est un axe de recherche majeur de l’industrie mondiale des semi-conducteurs depuis des décennies.

Recherche indépendante sur toute la chaîne, construction de la première ligne de production de 6 pouces en Chine

L’équipe du CETC 55, en réponse aux besoins stratégiques nationaux majeurs, a concentré ses efforts sur la recherche et le développement de technologies clés pour l’ensemble de la chaîne du nitrure de gallium sur silicium. Après plusieurs années de travail acharné, l’équipe de recherche a successivement surmonté une série de goulots d’étranglement techniques, notamment l’épitaxie des matériaux, la conception indépendante des puces, la validation des processus complets et les tests de fiabilité des produits.

Selon l’équipe de recherche principale, le développement a duré deux ans et a permis de maîtriser avec succès les technologies clés du matériau semi-conducteur de troisième génération – le nitrure de gallium sur silicium.

Le 55e Institut et sa filiale, Nanjing Guobo Electronics Co., Ltd., ont également construit la première ligne de production de 6 pouces en Chine pour les puces RF en nitrure de gallium sur silicium à basse tension, jetant ainsi une base solide pour une production de masse. Ce résultat a été récompensé comme l’une des dix avancées majeures dans le domaine de l’information électronique de la province du Jiangsu en 2026.

Un « couteau suisse » de petite taille, faible coût et hautes performances

Par rapport aux puces RF traditionnelles en arséniure de gallium, les puces RF en nitrure de gallium sur silicium offrent une amélioration significative des performances, tout en étant plus petites et moins coûteuses.

Cette série de puces combine des performances exceptionnelles telles qu’une puissance élevée, un rendement élevé, une bande passante ultra-large et une fiabilité élevée, répondant avec précision aux exigences techniques strictes des communications intégrées air-espace-terre en matière d’efficacité et de linéarité des amplificateurs de puissance RF. Parallèlement, l’équipe a réussi à développer une gamme de produits adaptés à divers scénarios, couvrant les sous-systèmes de communication de charge utile satellitaire, les terminaux de communication et modules de transmission de données pour plateformes à basse altitude, les stations terriennes et les puces RF pour terminaux intelligents.

Du téléphone portable au satellite, une « puce » connectant le ciel et la terre

Dans le domaine des terminaux intelligents, cette puce a été intégrée dans des appareils grand public tels que les téléphones portables, résolvant efficacement les problèmes de perte de signal et de déconnexion dans des environnements complexes comme les immeubles de grande hauteur, le métro et les zones reculées, rendant possible une « connectivité permanente et globale ».

Dans le domaine plus vaste de l’aérospatiale, avec l’accélération du développement de l’aérospatiale commerciale, de l’économie à basse altitude, de la recherche 6G et de l’industrie des technologies de l’information et de la communication en Chine, la demande de puces RF à faible coût et hautes performances connaît une croissance explosive. Le réseau d’information intégré air-espace-terre constitue la base essentielle pour soutenir les futures communications 6G, l’aérospatiale commerciale, l’économie à basse altitude et les communications d’urgence. La production en série de cette puce fournit un support matériel clé pour cette vision ambitieuse.

Un responsable de l’équipe a révélé que les prochaines étapes incluront le lancement de puces RF en nitrure de gallium sur silicium pour les sous-systèmes de communication de charge utile satellitaire, les plateformes à basse altitude et les terminaux satellites, permettant une réduction significative des coûts des plateformes à basse altitude et des terminaux portables connectés directement aux satellites.

Briser des décennies de monopole étranger, réaliser un « changement de cap »

Il s’agit d’un bond historique pour les puces RF nationales.

Au cours des dernières décennies, les fabricants étrangers ont longtemps dominé le domaine du nitrure de gallium RF. Le déploiement commercial à grande échelle des puces RF en nitrure de gallium sur silicium dans les terminaux intelligents a efficacement résolu le problème de l’industrialisation des puces RF haut de gamme, marquant le passage des puces RF nationales pour terminaux intelligents d’un simple rattrapage des marques internationales à une véritable « avancée décisive ».

Avec l’avancement du projet d’extension de la production annuelle de 720 000 puces en nitrure de gallium sur silicium de 8 pouces, la capacité de production des puces nationales en nitrure de gallium sur silicium sera encore libérée, fournissant un soutien matériel solide et continu pour la couverture globale et l’interconnexion à haut débit du réseau d’information intégré air-espace-terre.