工业家合作满足 GaN 和 SiC 市场需求

GaN和 SiC令人印象深刻的品质使它们深受业内人士的喜爱。然而，它带来了满足生产和供应需求的挑战，因此专业人士、投资者和工业家正在合作以确保足够的可用性。这是因为随着氮化镓 (GaN) 和碳化硅 (SiC) 的采用，电力电子技术走上了一条非凡的道路。Yole Développement (Yole) 估计了这些宽带隙材料的总体情况。虽然硅仍然占据市场主导地位，但 GaN 和 SiC 器件的出现一直在引领技术走向新的高效成果。

在技术基础上，碳化硅技术侧重于在更大直径和功率模块开发上提高碳化硅晶圆质量。在 GaN 领域，主要趋势是 GaN 器件集成——系统级封装或片上系统解决方案。

碳化硅

“在过去的几年里，我们看到了从 4 英寸到 6 英寸的转变。而现在，越来越多的设备制造商正在开发六英寸。我们理解的是，今天，高质量的六英寸晶圆仍然难以生产。就基板生长和准备而言，这仍然具有挑战性，这将直接影响您在接下来的工艺中的良率。因此，设备制造商的想法是从头到尾使用优质材料，真正最大限度地提高产量，当然，还要节约产品成本”，Ezgi Dogmus 博士说 。Yole Développement 的技术和市场分析师 。 

她继续说道，“我们看到了来自 Cree、II-VI Advanced Materials、Sicrystal 和中国玩家等领先企业的大量投资。许多参与者都参与了这一领域。“基板供应商 Cree/Wolfspeed、SiCrystal 与英飞凌科技和 ST 微电子等设备制造商签署了多年供应协议。”

成本优化促使许多公司开发商业模式以正确供应 SiC 衬底。

2018年至2019年期间，意法半导体、英飞凌、ON Semi等公司与Cree、SiCrystal等领先的SiC衬底供应商签订了多年的衬底供应协议。为了专注于大批量市场，功率 GaN 行业的主要趋势之一是与台积电 (TSMC)、X-Fab 或 Episil Technologies 等老牌代工厂合作。

图 1：功率 SiC 长期演进（来源：Yole）

“我们知道 ST 与特斯拉在碳化硅主逆变器方面有合作关系，因此它代表了当今碳化硅市场的最高销量。我们还看到英飞凌和 ON Semi 参加了比赛，因此他们也真正瞄准了工业和汽车应用，”Ezgi 说。

所有这些合作的想法是保证碳化硅衬底的供应。 

“On Semi 也在开发其内部碳化硅衬底。他们还与 GTAT 就碳化硅晶体供应达成协议。为他们提供高质量，并将他们垂直整合到供应链中并对他们的材料进行全面控制至关重要，”Egzi 说。

她继续说道：“我们认为，展望未来，玩家将更多地关注模块部分，因为我们将瞄准大功率应用，例如主逆变器和充电基础设施，以及所有这些应用。还需要大功率模块。” 

氮化镓

消费者主导了功率GaN市场，主要受快速充电器推动。我们已经看到了这些设备的大量集成。“对于消费市场来说，这是一个明显的技术趋势。因此，我们有 GaN 系统级封装和 GaN 片上系统。这些是现在为快速充电器提供的主要解决方案，”Ahmed Ben Slimane 博士说。Yole Développement 的技术和市场分析师 。

图 2：功率 GaN 长期演进（来源：Yole）

他继续说道，“例如，对快速充电器的要求是功率密度和效率。因此，我们必须以这种形式压缩系统并降低每功率的价格。我们已经看到来自中国原始设备制造商 (OEM) 为 Navitas 和 Power Integrations 等供应商提供的快速充电器的大量采用。”

在处理基板时，我们有两种：硅和蓝宝石。硅在 6 英寸上保持开发，但一些玩家在 8 英寸上进行开发。Gan-on-Sapphire 是另一种正在部署的材料。 

“我们仍将看到基于 GaN 的分立器件，但它更适合高功率应用，例如数据中心或基站电源，”Ahmed 说

在射频 GaN 领域，“华为早在几年前就已经在其 4G LTE 基站中采用了氮化镓功率放大器。随着 5G 的到来，我们还必须走向 3GHz 以外的更高频率。尽管如此，我们仍称它们为低于 6 GHz。氮化镓的潜力越来越大，因为在高频下，与LDMOS相比，功率密度仍然非常出色，功率附加效率也随之而来。” 添加了 Ezgi。

图 3：功率 GaN 市场（来源：Yole）

GaN 技术的采用将在 5G sub-GHz 中具有重要意义，特别关注其在高功率基站和新型有源天线系统中的使用。在后一种情况下，想法是使用低功率有源天线，但更多天线需要各种功率放大器。要考虑的一个参数是电源效率。

功率效率是放大器 RF 域中的一个重要参数，因为它会告诉您它会发热多少，在散热方面会损失多少。

“通过用 GaN 取代硅技术，我们依靠游戏的效率来提供更快的切换。就电源本身的体积减小而言，数据中心容量增加，这对于GaN器件来说非常重要，”Ezgi说。

“对于数据中心采用氮化镓的情况，我们现在看到采用速度缓慢；这是因为缺乏监管。”

因此，政府需要对数据中心实施严格的指导方针，以降低能耗；艾哈迈德说，那么我们将能够在这个应用程序中看到更高的渗透率

随着高效率要求的提高，与硅相比，氮化镓确实将发挥重要作用，而硅仍在履行当前的义务。全 SiC 模块的开发活动非常显着，特别关注封装材料，例如芯片贴装和基板互连。

功率模块的封装必须适合碳化硅器件。必须存在一种新型封装来满足 100% 碳化硅的要求，您可以从中受益于高温操作、高频开关等。 

审核编辑 黄昊宇