作為第三代半導體材料新星之一的氮化鎵（GaN），正在迅速燃爆市場。臺積電 2 月 21 日宣布，與意法半導體合作加速市場采用氮化鎵產(chǎn)品。加速氮化鎵（GaN）制程技術的開發(fā)，并將分離式與整合式氮化鎵元件導入市場。

　　PK 對手的結果都是 KO

　　近幾年，氮化鎵作為一個高頻詞匯進入了人們的視野中。

　　氮化鎵自出生以來南征北戰(zhàn)，無論是 PK 碳化硅（SiC）還是吊打砷化鎵（GaAs），作為第三代半導體材料的 GaN 優(yōu)勢凸顯。

　　①由于禁帶寬度大、導熱率高，GaN 器件可在 200℃以上的高溫下工作，能夠承載更高的能量密度，可靠性更高。

　　②其較大的禁帶寬度和絕緣破壞電場，使得器件導通電阻減少，有利于提升器件整體的能效。

　　③電子飽和速度快，以及較高的載流子遷移率，可讓器件高速地工作。

　　④相較于硅基元件，氮化鎵元件切換速度增快達 10 倍，同時可以在更高的最高溫度下運作。

　　這些強大的材料本質特性讓氮化鎵廣泛適用于具備 100 伏與 650 伏兩種電壓范疇之持續(xù)成長的汽車、工業(yè)、電信、以及特定消費性電子應用產(chǎn)品。

　　GaN 在成本控制方面顯示出了更強的潛力。目前主流的 GaN 技術廠商都在研發(fā)以 Si 為襯底的 GaN 的器件，來替代昂貴的 SiC 襯底。

　　由于 GaN 器件是個平面器件，與現(xiàn)有的 Si 半導體工藝兼容性強，這使其更容易與其他半導體器件集成。

　　臺積電+意法共同合作各有用意

　　目前氮化鎵因為小米充電器而受到市場熱烈的炒作，就在近日，臺積電宣布將與意法半導體合作加速市場采用 GaN 產(chǎn)品，而意法半導體預計將在今年晚些時候將首批樣品交給主要的客戶。

　　GaN 之前一直沒能普及，與其高高在上的價格不無關系，而現(xiàn)在，隨著市場需求量增大、大規(guī)模生產(chǎn)的實現(xiàn)，以及工藝技術的革新等原因，GaN 器件的價格有望走向平民化，這對 GaN 器件的普及也鋪平了道路。

　　而功率氮化鎵及氮化鎵積體電路技術將協(xié)助消費型與商用型汽車朝向電氣化的大趨勢加速前進。

　　具體而言，相較于硅技術，功率氮化鎵及氮化鎵積體電路產(chǎn)品，在相同制程上具備更優(yōu)異的效益，能夠協(xié)助意法半導體提供中功率與高功率應用所需的解決方案，包括應用于油電混合車的轉換器與充電器。

　　具相較于硅技術，功率氮化鎵及氮化鎵集成電路產(chǎn)品，在相同制程上具備更優(yōu)異的效益，能夠協(xié)助意法半導體提供中功率與高功率應用所需的解決方案，包括應用于油電混合車的轉換器與充電器。

　　此項合作補足了意法半導體在法國圖爾地區(qū)以及與電子暨資訊技術實驗室合作所從事的既有功率氮化鎵活動。對于功率、智慧型功率電子、以及制程技術而言，氮化鎵代表下一個重大的創(chuàng)新。

　　臺積電期待和意法半導體合作把氮化鎵功率電子的應用帶進工業(yè)與汽車功率轉換。

　　而臺積電領先的氮化鎵制造專業(yè)結合意法半導體的產(chǎn)品設計與汽車級驗證能力，將大幅提升節(jié)能效益，支援工業(yè)及汽車功率轉換之應用，讓它們更環(huán)保，并且協(xié)助加速汽車電氣化。

　　臺積電氮化鎵制造專業(yè)結合意法半導體的產(chǎn)品設計與汽車級驗證能力，將大幅提升節(jié)能效益，支援工業(yè)及汽車功率轉換之應用，讓它們更環(huán)保，并且協(xié)助加速汽車電氣化。

　　對未來汽車發(fā)展注入新動能

　　作為一種新型材料，GaN 具有寬的直接帶隙、強的原子鍵、高的熱導率、化學穩(wěn)定性好（幾乎不被任何酸腐蝕）等性質和強的抗輻照能力，在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應用方面有著廣闊的前景。

　　作為第三代功率半導體領域的重要成員，GaN 憑借其高速開關能力、精簡的外圍電路以及更低功率損耗等多項優(yōu)勢，在 12V 甚至未來 48V 的汽車電池 DC-DC 轉換器以及 OBC 等應用上將大有用武之地。

　　GaN 系統(tǒng)的功率電晶體產(chǎn)品為工程師打造當今智能汽車系統(tǒng)所需的新功率電子件提供了新的空間。

　　隨著電動駕駛車輛的出現(xiàn)與普及，數(shù)據(jù)中心的基礎架構將大幅擴充，數(shù)據(jù)中心能耗成本將成為諸多駕駛員的一大難題。若提升其功率轉換效率，勢必將節(jié)省數(shù)十億美元。

　　隨著 GaN 產(chǎn)品在消費電子滲透率提升和 5G 基建剛需的帶動下，成本下降，應用場景將進一步擴大到新能源汽車、激光雷達、數(shù)據(jù)中心等，從而刺激功率半導體市場繁榮。

　　氮化鎵市場規(guī)模將迅速提升

　　調研機構 Yole 認為，2022 年氮化鎵功率器件的市場規(guī)模為 4.62 億美元。而在 5G 基站等建設的拉動下，到 2024 年氮化鎵射頻器件市場規(guī)模有望突破 20 億美元。

　　在這些廣闊前景的召喚下，GaN 產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的材料（襯底和外延）、中游的器件和模組、下游的系統(tǒng)和應用等均將受益。

　　2019 年 GaN 功率器件國際市場規(guī)模中，電源設備領域占比 55%，其次是激光雷達，占比達到 26%。其他下游應用如包絡跟蹤、無線電源等。

　　2019 年，GaN 功率電子器件國內(nèi)市場規(guī)模約為 1.2 億元,尚處于應用產(chǎn)品發(fā)展初期，但未來市場空間有望持賣拓展，在市場樂觀項期下，2028 年 GaN 功率電子市場規(guī)模有望達到 4.24 億美元。

　　據(jù)統(tǒng)計，預計 2022 年全球氮化鎵襯底市場規(guī)模將達到 64 億元，2017 至 2022 年的年復合增長率為 34％。

　　目前積報推廣 GaN 技術的公司已經(jīng)目熟能詳，例如宜普電源專換公司、GaN Systems、Navitas、英飛凌和安森美半導體。

　　如今，越來越多的公司正在進入該市場，有的明刀明槍雄心勃渤，有的則被其專利布局暴露了意圖。

　　擁有強大技術和專利布局的核心廠商們已經(jīng)為未來幾年主導功率 GaN 市場作好了準備。

　　國內(nèi)企業(yè)也在積極布局

　　2015 年 5 月，國務院印發(fā)了《中國制造 2025》。其中，4 次提到了以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導體功率器件。

　　到目前為止，國內(nèi)已有四條 4/6 英寸 SiC 生產(chǎn) / 中試線和三條 GaN 生產(chǎn) / 中試線相繼投入使用，并在建多個與第三代半導體相關的研發(fā)中試平臺。

　　在 GaN 襯底方面，國內(nèi)已經(jīng)小批量生產(chǎn) 2 英寸襯底，具備 4 英寸襯底生產(chǎn)能力，并開發(fā)出 6 英寸襯底樣品。

　　三安光電、聞泰科技、富滿電子等標的受到重點關注。其中，今年 2 月 3 日，三安光電還在投資者交流平臺上表示，公司目前氮化鎵產(chǎn)能約 2000 片每月，產(chǎn)能還在增加。

　　關于氮化鎵方面，三安光電表示，目前，公司氮化鎵產(chǎn)能約 2000 片每月，產(chǎn)能還在增加。

　　三安集成的氮化鎵 E-HEMT 技術的目標是服務于消費者和工業(yè)應用，如適配器 / 充電器，電信 / 服務器 smp，無線電源，車載充電器（OBC）和成本有效的解決方案。其中，氮化鎵業(yè)務板塊的產(chǎn)能規(guī)劃包括年產(chǎn)氮化鎵芯 769.20 萬片、PSS 襯底年產(chǎn) 923.40 萬片、大功率激光器年產(chǎn) 141.80 萬顆。

　　國內(nèi)氮化鎵的發(fā)展難題

　　①寬禁帶功率半導體面臨的技術難題很多，如襯底材料的完整性、外延層及歐姆接觸的質量、工藝穩(wěn)定性、器件可靠性以及成本控制等，寬禁帶功率半導體產(chǎn)業(yè)化的難度比外界想象的要大很多。

　　②5G 移動通信、電動汽車等是寬禁帶半導體產(chǎn)業(yè)最具有爆發(fā)性增長潛力的應用領域，國內(nèi)在產(chǎn)業(yè)生態(tài)的成熟度上與國外的差距還比較明顯，落后程度更甚于技術層面的落后程度。

　　③雖然目前我國在一些 GaN 領域取得了關鍵性突破，但是與國際領先水平相比，我國在第三代半導體襯底、外延材料、器件的整體技術水平落后 3 年左右。

　　結尾

　　隨著消費電子產(chǎn)品對功能的多樣性需求不斷增強，消費者對于快充技術的需求也愈發(fā)強烈，氮化鎵技術能夠很好的滿足消費者的使用需求和消費體驗，這也預示著今年或將成為氮化鎵產(chǎn)品爆發(fā)的一年。