前言：

作為第三代半導(dǎo)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(dǎo)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(shù)的開發(fā)，并將分離式與整合式氮化鎵元件導(dǎo)入市場。

PK對手的結(jié)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(dǎo)體材料的GaN優(yōu)勢凸顯。

①由于禁帶寬度大、導(dǎo)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(dǎo)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(zhì)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(yīng)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(shù)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(dǎo)體工藝兼容性強，這使其更容易與其他半導(dǎo)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(dǎo)體合作加速市場采用GaN產(chǎn)品，而意法半導(dǎo)體預(yù)計將在今年晚些時候?qū)⑹着鷺悠方唤o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(guān)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(shù)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(shù)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(shù)，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(dǎo)體提供中功率與高功率應(yīng)用所需的解決方案，包括應(yīng)用于油電混合車的轉(zhuǎn)換器與充電器。

具相較于硅技術(shù)，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(dǎo)體提供中功率與高功率應(yīng)用所需的解決方案，包括應(yīng)用于油電混合車的轉(zhuǎn)換器與充電器。

此項合作補足了意法半導(dǎo)體在法國圖爾地區(qū)以及與電子暨資訊技術(shù)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(shù)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(dǎo)體合作把氮化鎵功率電子的應(yīng)用帶進工業(yè)與汽車功率轉(zhuǎn)換。

而臺積電領(lǐng)先的氮化鎵制造專業(yè)結(jié)合意法半導(dǎo)體的產(chǎn)品設(shè)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(zhuǎn)換之應(yīng)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(jié)合意法半導(dǎo)體的產(chǎn)品設(shè)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(zhuǎn)換之應(yīng)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(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性好（幾乎不被任何酸腐蝕）等性質(zhì)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(yīng)用方面有著廣闊的前景。

作為第三代功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的重要成員，GaN憑借其高速開關(guān)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(zhuǎn)換器以及OBC等應(yīng)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(chǔ)架構(gòu)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(zhuǎn)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(yīng)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(dǎo)體市場繁榮。

氮化鎵市場規(guī)模將迅速提升

調(diào)研機構(gòu)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(shè)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(yīng)用等均將受益。

2019年GaN功率器件國際市場規(guī)模中，電源設(shè)備領(lǐng)域占比55％，其次是激光雷達，占比達到26％。其他下游應(yīng)用如包絡(luò)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(yīng)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(yù)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(fù)合增長率為 34％。

目前積報推廣GaN技術(shù)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(dǎo)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(shù)和專利布局的核心廠商們已經(jīng)為未來幾年主導(dǎo)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(wù)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(dǎo)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(dǎo)體相關(guān)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(guān)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(guān)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(shù)的目標是服務(wù)于消費者和工業(yè)應(yīng)用，如適配器／充電器，電信／服務(wù)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(wù)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(dǎo)體面臨的技術(shù)難題很多，如襯底材料的完整性、外延層及歐姆接觸的質(zhì)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(dǎo)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最具有爆發(fā)性增長潛力的應(yīng)用領(lǐng)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(shù)層面的落后程度。

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

結(jié)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(shù)的需求也愈發(fā)強烈，氮化鎵技術(shù)能夠很好的滿足消費者的使用需求和消費體驗，這也預(yù)示著今年或?qū)⒊蔀榈�化鎵產(chǎn)品爆發(fā)的一年。