中國(guó)粉體網(wǎng)訊  碳化硅（SiC）作為第三代半導(dǎo)體材料，適合制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，一度被視為新能源汽車領(lǐng)域的理想材料。

特斯拉，曾打響SiC上車的第一槍。

2011年，科銳（現(xiàn)Wolfspeed）公司推出全球首款SiC MOSFET。5年后，特斯拉發(fā)布第四款車型Model 3，該車型的主逆變器安裝了24個(gè)意法半導(dǎo)體（ST）公司生產(chǎn)的SiC MOSFET功率模塊。

搭載24個(gè)SiC MOSFET功率模塊的Model 3主逆變器（來源：NE時(shí)代）

此后，SiC不僅成為半導(dǎo)體廠商激烈涌進(jìn)的熱門賽道，也在全球新能源車市場(chǎng)加速上車。

不過轉(zhuǎn)過頭來，特斯拉在今年的投資者日活動(dòng)上表示，為進(jìn)一步降低車輛成本，計(jì)劃在下一代電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)中減少SiC晶體管75%的使用量。

特斯拉計(jì)劃在下一代電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)中減少SiC 75%的使用量（來源：特斯拉）

一紙宣言，SiC的發(fā)展前景似乎被打上問號(hào)。而同為第三代半導(dǎo)體代表材料的氮化鎵（GaN），其上車的聲音似乎又多了起來。

GaN知多少？

1932年，Ｗ.Ｃ.Johnson等人首次報(bào)道了在高溫環(huán)境下制得GaN材料。GaN作為寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有高擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率、高飽和電子速度，以及良好的穩(wěn)定性。同時(shí)由于極化作用的影響，異質(zhì)結(jié)表面存在高性能的二維電子氣（2DEG），基于其制作的器件具有導(dǎo)通電阻低、開關(guān)頻率高等優(yōu)勢(shì)。目前基于GaN材料的主要器件有高電子遷移率晶體管（HEMT）、肖特基勢(shì)壘二極管（SBD）、金屬-絕緣體-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MISFET）、發(fā)光二極管（LED）等。與SiC器件相比，GaN器件工作頻率更高，品質(zhì)因子更高。

SiC vs GaN（來源：英飛凌）

根據(jù)阿里巴巴達(dá)摩院發(fā)布的“2021十大科技趨勢(shì)”，其中預(yù)測(cè)的第一大趨勢(shì)就是以“GaN、SiC”為代表的第三代半導(dǎo)體迎來應(yīng)用大爆發(fā)。由此可見，作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，GaN的應(yīng)用領(lǐng)域存在深挖空間。

而GaN應(yīng)用版圖也正在逐步擴(kuò)大。目前，作為支撐“新基建”建設(shè)的關(guān)鍵核心器件，GaN下游應(yīng)用切中了“新基建”中5G基站、特高壓、新能源充電樁、城際高鐵、數(shù)據(jù)中心、軍事雷達(dá)等主要領(lǐng)域需求。長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，GaN的高效電能轉(zhuǎn)換特性，能夠幫助實(shí)現(xiàn)光伏、風(fēng)電（電能生產(chǎn)），直流特高壓輸電（電能傳輸），新能源汽車、工業(yè)電源、機(jī)車牽引、消費(fèi)電源（電能使用）等領(lǐng)域的電能高效轉(zhuǎn)換，助力“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。由此可見，GaN技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)初步形成，相關(guān)器件正快速發(fā)展。

GaN在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

區(qū)別于SiC聚焦高壓應(yīng)用，GaN的優(yōu)勢(shì)更側(cè)重于高頻，可實(shí)現(xiàn)高效的功率轉(zhuǎn)換。這也意味著GaN能有效提升產(chǎn)品功率密度，以更小的尺寸、更輕的重量和更低的總成本優(yōu)勢(shì)，滿足更高的能效要求。

同樣區(qū)別于SiC直接在汽車領(lǐng)域“開枝散葉”，GaN則是在消費(fèi)電子市場(chǎng)“潛伏”許久之后，才逐步在數(shù)據(jù)通信、汽車、工業(yè)等市場(chǎng)顯露頭角。

在汽車領(lǐng)域，GaN主要應(yīng)用于車載充電器、DC/DC轉(zhuǎn)換器（電壓范圍為48V至400V）、激光雷達(dá)；另如在數(shù)據(jù)中心方面，GaN器件也逐漸占有一方之地，能提供更為高效緊湊的電力架構(gòu)。

盡管GaN器件目前主要占據(jù)400V以下應(yīng)用，SiC則在800V及以上的應(yīng)用中更具優(yōu)勢(shì)，但隨著GaN器件的改進(jìn)，Si基GaN的大規(guī)模生產(chǎn)，以及價(jià)格逐步下探，在800V以上應(yīng)用市場(chǎng)，GaN場(chǎng)效電晶體（GaNFET）替代SiC MOSFET的潛力似乎也不容小覷。GaNPower此前就已展示過業(yè)界首款1200V單芯片（E型GaN功率器件），業(yè)界也預(yù)測(cè)1200V GaN晶體管將在2025年左右推出。

而伴隨GaN技術(shù)突破，GaN也在進(jìn)一步撬動(dòng)市場(chǎng)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望爆發(fā)。Yole表示，通信和汽車將助推下一個(gè)功率GaN浪潮的到來。Yole預(yù)測(cè)，2027年，功率GaN市場(chǎng)將達(dá)到20億美元，其中，GaN汽車市場(chǎng)價(jià)值將超過2.27億美元，2021年至2027年間的CAGR為99%。

功率GaN市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)（來源：Yole）

哪些企業(yè)在布局GaN？

GaN產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋襯底、外延、IC設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試等環(huán)節(jié)。目前主流GaN生產(chǎn)廠家依舊集中在日本、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。從全球范圍來看，住友電工是襯底市場(chǎng)的龍頭，Macom、Intel、Wolfspeed等主要占據(jù)GaN射頻市場(chǎng)，英飛凌、Transphorm等則主要布局功率市場(chǎng)。此外，韓國(guó)LG、三星等也都是當(dāng)前GaN賽道的排頭兵。

國(guó)內(nèi)方面，雖然起步相對(duì)晚些，技術(shù)布局與專利申請(qǐng)數(shù)量也與國(guó)外企業(yè)有一定差距，但后起發(fā)力強(qiáng)勁。如蘇州納維、東莞中鎵涉足襯底，蘇州晶湛半導(dǎo)體布局外延，海特高新代工GaN晶圓生產(chǎn)，南芯半導(dǎo)體主攻快充控制，英諾賽科、三安光電等堅(jiān)定功率器件方向，海威華芯則在GaN-on-SiC HEMT射頻工藝上具有優(yōu)勢(shì)，另如矽立杰、晶豐明源、艾為電子、芯朋微、力芯微等皆在快充市場(chǎng)有所涉獵，還有一些新晉玩家源源不斷跑步進(jìn)場(chǎng)。

2023，GaN開局即沖刺

英飛凌收購GaN Systems

3月2日，德國(guó)芯片大廠英飛凌官宣，以8.3億美元的價(jià)格收購GaN功率半導(dǎo)體廠商GaN Systems。

GaN Systems成立于2008年，總部位于加拿大渥太華，是為高密度和高可靠性電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用開發(fā)GaN解決方案的領(lǐng)導(dǎo)者。為了克服硅在轉(zhuǎn)化速度、溫度、電壓和電流方面的限制，該公司開發(fā)了適用于各種市場(chǎng)的全套GaN功率轉(zhuǎn)化器件。GaN Systems獨(dú)有的專利技術(shù)Island Technology®使其比同類產(chǎn)品更小、更高效，且同時(shí)克服了成本、性能以及可制造性的挑戰(zhàn)。

此外，英飛凌將斥資20億歐元擴(kuò)大其位于馬來西亞居林和奧地利菲拉赫工廠的GaN和SiC芯片的產(chǎn)能。對(duì)此，英飛凌功率和傳感器系統(tǒng)總裁懷特表示，英飛凌特別看好GaN芯片。該公司預(yù)測(cè)，到2027年，GaN芯片市場(chǎng)將以每年56％的速度增長(zhǎng)。

Power Integrations發(fā)布900V GaN反激式開關(guān)IC

3月20日，Power Integrations正式推出了900V GaN器件，為InnoSwitch3™系列反激式開關(guān)IC再添新品。

（來源：Power Integrations）

新IC采用該公司特有的PowiGaN™技術(shù)，可提供高達(dá)100W的功率，效率超過93%，因而無需散熱片，并可簡(jiǎn)化空間受限型應(yīng)用的電源設(shè)計(jì)。據(jù)了解，這款新品主要面向的場(chǎng)景包括工業(yè)及電動(dòng)汽車領(lǐng)域。

在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的InnoSwitch3-AQ產(chǎn)品系列適用于基于400V母線系統(tǒng)的電動(dòng)汽車，900V PowiGaN開關(guān)對(duì)于進(jìn)行12V電池替代的系統(tǒng)可提供更大的功率和更高的設(shè)計(jì)裕量，并且效率高于硅基變換器。InnoSwitch3設(shè)計(jì)還具有出色的輕載效率，非常適合在低功耗睡眠模式下為電動(dòng)汽車提供輔助電源。

國(guó)內(nèi)首條GaN半導(dǎo)體激光器芯片量產(chǎn)線投產(chǎn)

3月22日，國(guó)內(nèi)首條GaN半導(dǎo)體激光器芯片量產(chǎn)線投產(chǎn)發(fā)布會(huì)在廣西柳州舉行。颶芯科技建成的國(guó)內(nèi)首條GaN半導(dǎo)體激光器芯片量產(chǎn)線包含8大工藝站點(diǎn)，擁有全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體量產(chǎn)設(shè)備100余臺(tái)，涵蓋襯底、外延，工藝與封測(cè)等各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，標(biāo)志著GaN半導(dǎo)體激光器芯片實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口替代和自主可控。

（來源：颶芯科技）

參考資料：

1、程海娟等，《GaN基肖特基勢(shì)壘二極管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究進(jìn)展》

2、中國(guó)電子報(bào)，《碳化硅不“香”了？》

3、新視點(diǎn)，《快充黑科技：GaN的深度應(yīng)用》

4、蓋世汽車，《特斯拉大砍SiC英飛凌重押GaN替補(bǔ)上位？》

5、集微網(wǎng)，《Power Integrations 推出900V GaN反激式開關(guān)IC 輸出功率可達(dá)100W》

6、北京首都科技發(fā)展集團(tuán)有限公司，《國(guó)內(nèi)首條GaN半導(dǎo)體激光器芯片量產(chǎn)線發(fā)布會(huì)舉行》

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安）

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