功率氮化镓：外延、器件、应用及技术趋势

管理-小R

据麦姆斯咨询介绍，从理论角度来看，GaN与传统的硅基MOSFET相比具有惊人的技术优势。尽管与32.8亿美元的硅基功率半导体市场相比，目前功率GaN市场仍然很小，但GaN器件有信心渗透到不同应用中：例如，激光雷达（LiDAR）则是充分利用功率GaN家族中高频开关的高端解决方案。LiDAR和其他各种应用市场增长的累积正是GaN市场稳步增长的第一部“剧本”（基本案例场景）。

然而，这并不是唯一的可能。是否有其他可能引发功率GaN市场爆炸的杀手级应用呢？

事实上，一些厂商已证实苹果公司对基于GaN技术的无线充电解决方案感兴趣。毋庸置疑，苹果或其他智能手机巨头透露出看好GaN潜在应用的态度将彻底改变市场动向，并最终为功率GaN器件行业带来生机。我们设想，如果苹果等公司一旦采用功率GaN器件，众多公司必将追随。但事实是功率GaN最大的市场仍然来自电源应用，如手机快速充电。今年Navitas和Exagan已推出一款集成了GaN解决方案的45W快速充电电源适配器。

在电动汽车（EV）市场中，哪些主要逆变器正在由SiC取代硅基IGBT？其中GaN扮演什么角色？许多厂商，如EPC（宜普电源转换公司）和Transphorm已经通过了车规认证，正为功率GaN未来的爆发蓄势。此外，BMW i Ventures（宝马风险投资公司）对GaN Systems公司的投资清楚地表明了汽车行业对GaN解决方案用于电动汽车及混合动力汽车（EV/HEV）的浓厚兴趣。

众观全局，Yole认为第二种“剧本”（下图中用公牛图案标注）引起的增长将更为积极，到2023年其市场规模将达到4.3亿美元，复合年增长率（CAGR）高达87%。

该报告体现了Yole对GaN在不同细分市场实现的理解，并给出了两种可能的“剧本”。报告还对功率GaN分立器件和IC器件市场进行了全面的预测，以及对市场当前动态和未来演变的理解。

功率GaN供应链：初创企业与行业巨头同场竞技

自从首款商用GaN器件面世以来，已经过去了八年。功率器件行业的人们对积极推广GaN技术的初创企业名称也越来越熟悉。GaN初创公司的名单越来越长，已不足为奇：EPC（宜普电源转换公司）、GaN System、Transphorm、Navitas等等都是其中的新秀。这些初创企业大多选择代工厂制造模式，主要使用台积电（TSMC）、Episil或X-FAB作为首选伙伴。同时，随着GaN市场的兴起，其他代工厂可能也会提供这种服务。如前一节所讨论，如果市场突然爆发，代工模式为无晶圆厂（fabless）或轻晶圆厂（fab-lite）初创企业提供了迅速发展的可能性。

令人着迷的是，随着这些GaN初创公司的出现，有着截然不同特征的公司与行业巨头如英飞凌（Infineon）、安森美（On Semi）、意法半导体（STMicroelectronics）、松下（Panasonic）和德州仪器（Texas Instruments）在同一竞技场展开竞争。2018年发生的几件事情值得我们注意：

- 英飞凌宣布将于2018年底开始批量生产CoolGaN 400V和600V增强型HEMT。

- 意法半导体和CEA Leti宣布利用Leti的200mm研发线合作开发用于二极管和晶体管的硅上氮化镓（GaN-on-Si）技术，有望在2019年完成工程样品验证。同时，意法半导体计划在2020年前在法国图尔市的前道晶圆厂建立一条完全满足要求的生产线，包括GaN-on-Si异质外延生产线。

这些IDM厂商将利用其垂直整合方式为市场带来具有成本竞争力的产品。

这份报告提供了功率GaN行业全局介绍，涵盖了从外延、器件设计到器件工艺的产业链。此外，还讲解了Yole对市场当前动态和未来发展的理解。

GaN是具有成本效益的解决方案吗？

在最终的电子产品中集成GaN解决方案是非常吸引人的想法：如果设计得当，将提高系统效率，系统可以在更高的频率下工作，从而减小无源元件尺寸。这对于终端用户来说优势显著……但这是真的吗？

市场在引入新技术时，成本是需要考虑的关键因素之一，但目前成本不是GaN的优势。GaN器件的主要竞争者是硅基MOSFET，后者已经上市多年，提供非常具有竞争力的成本，并且平均效率高、质量优良、可靠性极高。目前，只有EPC一家公司声称其低压晶圆级封装产品与硅基MOSFET价格相当。然而，当提高标准封装和电压要求时，GaN产品将比硅基产品成本更高，这成为GaN器件广泛应用的主要障碍。

许多供应商已经开始采用集成系统以获得系统级成本竞争力。不管是耗尽型解决方案，还是增强型集成解决方案，对于终端用户来说这都是一种易于使用的产品。我们还发现系统级封装解决方案包括德州仪器和Exagan的硅基产品、以Navitas为例的将驱动器、ESD保护和其他功能集成的单片集成解决方案。

该报告从成本角度讨论未来几年的器件技术和前景，不仅包括硅基和GaN产品，还包括无源和集成解决方案。

阅读全文

点点&木木

大佬就是大佬

zwei99999999

谢谢分享

天师猫神

学习学习新技术