声明：本文为火石创造原创著作，接待个东谈主转发共享，网站、公众号等转载需经授权。 氮化镓（GaN）手脚第三代半导体材料的一种白鹿 ai换脸，在禁带宽度、足够电子漂移速率、电子转移率三项参数上都特出了第一代和第二代半导体材料。
对GaN薄膜材料的洽商可回想到上世纪60年代，但直到90年代GaN外延滋长和掺杂技艺才获取了紧要冲突。21世纪后，科技的高速发展和贬抑涌现的新需求有劲鼓励着GaN半导体材料朝着高频、高功率、粗劣耗、超快反应、超高容量、微型化等倡导发展。
01 2020年人人GaN射频器件阛阓范畴超8亿好意思元 与碳化硅（SiC）比拟，GaN具有更高的电子转移率，开关速率快，因此在高频欺诈规模上风权贵，在微波射频、IDC等规模后劲雄壮。GaN微波射频器件/模块时常包括GaN功率放大器（PA）、GaN低噪声放大器（LNA）、GaN高电子转移率晶体管（HEMT）以及GaN MMIC放大器等。
据Yole统计，2020年人人GaN射频器件阛阓达8.3亿好意思元，到2025年将增长至20亿好意思元以上，年均复合增长率（CAGR）为12%。国防军工和5G欺诈是GaN射频阛阓的两大坚韧牵引力，除此除外，GaN射频在无线宽带、射频能量、营业雷达等阛阓也进展极端。
GaN射频器件的不同技艺道路
GaN器件制造主要有蓝相持基GaN、SiC基GaN、Si基GaN和GaN基GaN四种工艺。
蓝相持衬底手脚第一代技艺道路，坐蓐技艺锻真金不怕火、清静性较好，但由于衬底尺寸小、晶格失配、热应力适配等劣势，无法维持新兴的GaN器件阛阓需求。
在射频规模，因SiC基GaN较好的处理了散热、成果和尺寸等问题，是当今主流的技艺道路。国外上4英寸和6英寸产线并存，4英寸代表制造商有日本住友和台湾稳懋，居品遮掩了 6GHz 以内的各频段，输出功率 40-400W。6英寸产能相对谐和，主要为好意思国企业，包括Cree/Wolfspped、NXP和Qorvo。
Si衬底尺寸大、价钱低，可面向更大的欺诈阛阓，且Si本人手脚第一代半导体材料发展最为锻真金不怕火，因此Si 基 GaN 射频器件也缓缓得到了学术界和产业界的祥和，但仍然是一个较小众的阛阓。Macom公司的Si基GaN器件凭借其权贵的本钱上风和可靠性能，正在剥夺传统LDMOS和SiC基GaN的阛阓。四川益丰充购的OMMIC（前身是飞利浦在Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的洽商部门），掌捏6英寸Si基GaN工艺。据悉，英诺赛科正在研发 8 英寸 Si 基 GaN 射频器件工艺。
图1：GaN制造技艺道路变迁来源：Yole
我国GaN射频器件发展大略
我国第三代半导体产业技艺立异策略定约（CASA）统计数据自满，2020年我国GaN微波射频器件阛阓范畴约66.1 亿元，同比增长 57.2%。其中，
丝袜美腿国防与航天是最大的卑劣欺诈阛阓，2020年欺诈范畴达34.8亿元，占国内GaN射频器件阛阓的53%，且瞻望将保持25.4%的CAGR连接扩展。跟着世界5G基站开导的加快，有望拉动国内GaN射频器件阛阓成倍增长，瞻望开释超千亿元的GaN PA新需求。异日三到五年GaN射频器件在5G基站的渗入率瞻望达到70%。
图2：2020年我国GaN射频器件卑劣欺诈溜达来源：CASA
02 GaN在铺张电子阛阓大放异彩 GaN电力电子器件的导通电阻低至传统器件的近千分之一，开关速率是后者的几十倍，不错灵验缩短近90%的电源损耗，且GaN电力电子器件体格纤细，这些特质完好契合了铺张电子电源居品比年来追求袖珍化和高成果的趋势。 自2018年以来，GaN材料在快充规模得到快速营业化，开始解围的是手机充电器。据不王人备统计，为止2020年底人人已有60余家GaN快充居品制造商，已推出超100款GaN PD居品，充电功率谐和在30-100W区间，非论是企业数目一经园品数目都较2019年增长迅猛。跟着使命功率贬抑提高，尤其是100W以上，GaN材料将会更具主导上风。 2020年2月13日，小米认真发布了65W GaN充电器，售价149元。小米首席推行官雷军先容，该款充电用具有工整、高效、发烧低等特质，仅需45分钟即可将一块 4500mAH的超大电板充满电。2020年OPPO、华为、魅族等国产手机厂商也接踵推出了GaN快充居品。
图3：GaN快充规模重心厂商布局来源：Yole 从手机启航，GaN快充技艺正在缓缓渗入条记本电脑、自满器、白家电、其他3C等阛阓。戴尔、联思、LG等条记本电脑品牌纷纷入场GaN快充，推出了GaN大功率电源适配器。而受到卑劣需求刺激，Navitas、PI、英飞凌、Transphorm以及国内半导体厂商英诺赛科、氮矽科技、能华微等都不竭推出了适用于PD 快充的 GaN芯片。GaN铺张类电源的异日阛阓空间无可限量，瞻望在接下的几年将迎来发展巅峰。
03 新能源汽车：异日不同半导体材料博弈的新战场 新能源汽车阛阓为电力电子器件提供了进攻的驱能源，同期也对半导体材料和器件提倡了新的需求。当今，Si基IGBT和SiC基MOSFET 这两个主流技艺正在剥夺新能源汽车功率半导体这一块大蛋糕，而Si基GaN器件也在发力渗入，异日亦然拦阻暴虐的有劲竞争者。 相较Si基IGBT，SiC基MOSFET领有耐高压、更高的开关速率和低损耗等优异性能，况且在相似功率下，SiC模块时常具备更小的封装尺寸，有助于达成达成车载逆变器的轻量化与节能化。人人范围内，特斯是行业内第一个使用SiC技艺的的车企，Model 3上经受了Infineon（英飞凌）和ST（意法半导体）的SiC逆变器，集周密SiC功率模块。国内汽车厂商中，比亚迪自主研发的SiC MOSFET已运行上车使用，本年6月蔚来首台SiC电驱系统C样件下线。 从技艺层面上看，GaN功率器件可承受电压不足SiC功率器件，在48V夹杂能源汽车上上风更显明，也更稳健小功率DC-DC/AC-DC搬动器。此外，GaN功率器件也有望在车载充电器（OBC）得到更粗俗欺诈。若是系统本钱达到均衡，GaN在新能源汽车OBC上的使用可能性将会大大擢升。 需要承认的是，尽管第三代半导体技艺在新能源汽车规模后劲无尽，但汽车所需器件的认证周期长，时常条件很高的器件可靠性和清静性，在推行中SiC和GaN技艺的欺诈并不乐不雅，仍处于至极初期的阶段。Si基IGBT产业链锻真金不怕火，流程屡次迭代，器件清静性高，材料本钱上风权贵，因此瞻望在异日Si基IGBT和SiC MOSFET仍将弥远并存，而GaN技艺欺诈在新能源汽车规模思要获取骨子性冲突还需很长一段时间。
参考贵府：
1. CASA：第三代半导体产业发展敷陈（2020）
2. 《第三代半导体材料》，中国材料洽商学会组织编写
3. 券商研报和其他公开贵府
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作家 | 火石创造 沈清晨 审核 | 火石创造 邵钱、殷莉裁剪 | 火石创造 张艳玲运营 | 火石创造 黄淑萍
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