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(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）,，作為第三代半導體材料的 GaN 優(yōu)勢凸顯。
?、儆捎诮麕挾却?、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。
?、谄漭^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,。
?、垭娮语柡退俣瓤欤约拜^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?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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換,。
而臺積電領先的氮化鎵制造專業(yè)結(jié)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(zhuǎn)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(jié)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(zhuǎn)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(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(zhuǎn)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(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(diào)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(zhì)量、工藝穩(wěn)定性,、器件可靠性以及成本控制等,，寬禁帶功率半導體產(chǎn)業(yè)化的難度比外界想象的要大很多。
?、?G 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(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?qū)⒊蔀榈壆a(chǎn)品爆發(fā)的一年。