价格下降、与Si器件价差缩小，氮化镓或成终端厂商进入高端市场的“宝剑”

价格下降、与Si器件价差缩小，氮化镓或成终端厂商进入高端市场的“宝剑”
 
电子发烧友网报道（文/莫婷婷）作为第三代半导体，氮化镓材料由于具备禁带宽度大、击穿电压高、低损耗、高效率以及低成本等优势，被业内厂商所关注。国际市场调研机构Yole的一份最新报告显示，2021年功率氮化镓市场中的消费应用约为7960 万美元，在 2027 年将达到9.647 亿美元，这十年将的年均复合增长率达 52%。在具体的应用领域中，消费电子领域的占比将达到48%，接近一半。Yole认为，消费市场将是氮化镓未来的主要增长市场。
 
在巨大的市场下，业内多家半导体企业在布局氮化镓产品，例如英飞凌、PI、纳微、英诺赛科、三安光电、氮矽科技等。目前来看，功率氮化镓产业的技术路线主要分为两大类，一是D- mode GaN HEMT，另一个是E- mode GaN HEMT。
 
D- mode采用一颗氮化镓的晶体管和一颗硅的MOS 管相连接，业内采用这种技术路线的厂商包括PI、镓未来等。氮矽科技GaN HEMT器件设计总监朱仁强在公开演讲时提到，D- mode的优势是稳定性会更高、耐压更好。但这种技术路线也存在一定的问题，一是由于用到两颗管子，寄生参数比较难控制，高频特性会受到限制；二是由于硅MOS的介入，高温特性会受到硅MOS的限制。
 
E- mode技术路线主要分为两大类，一个是p-GaN gate，例如GaN Systems、纳微、氮矽科技等正是采用这种技术路线。另一个技术路线是p-(AI)GaN gate(GIT)，采用该技术路线的厂商有英飞凌等。朱仁强提到，E- mode的器件相比D- mode寄生参数会比较小，在高频的表现也是要更好的。

 
氮矽科技E- mode GaN HEMT
（电子发烧友网摄）

 
预计随着技术不断成熟、成本下降，市场起量之后，氮化镓材料的价格也会进一步下降。在价格方面，第三代半导体产业技术创新战略联盟公开的数据显示，650V GaN HEMT在2021年的均价为3.56/A，到了2022年上半年的均价降到2.60/A。除了价格在稳步下降，功率氮化镓与同类硅器件的价差也在不断缩小，2022年上半年650V Si IGBT的均价约为0.36/A，价差缩小至7.8倍。
 
从应用市场来看，功率氮化镓材料在新能源汽车、快充等新兴领域的市场接受度较高。除了上述两大应用市场，氮化镓材料还能应用在家电市场，这类市场的产品采用氮化镓主要能够降低系统成本、减小体积，例如TV家电；在电源适配器的应用上，氮化镓在大功率上优势较为明显；在数据中心的应用上，氮化镓材料则能够提高效率、降低发热，并且减小电源体积等。
 
对于TV市场，市场调研机构预计在未来三年的出货量将达到4000万台左右，对于氮化镓来说这是另一个增长市场。据了解，在采用氮化镓方案后，TV电源效率能够提高2%左右。目前，氮矽科技针对TV电源市场推出了35W-210W全功率段TV电源解决方案。
 
目前来看，TV市场竞争激烈，且同质化竞争严重，头部TV 厂商急需一些创新点来提升核心竞争力、打造新的消费卖点。“氮化镓会是一个很好的切入点，就像几年前的PE快充一样，如果 TV电源采用了氮化镓方案之后，整体的效率能够提升约2%，同时每年拥有 4000 万台以上的出货量，对于减排来说也是非常重要的，这也是助力国家双碳目标达成。”朱仁强分享了他对氮化镓在TV市场应用前景的观察。
 
根据介绍，氮矽科技的210W超薄TV电源方案，PCBA厚度仅为12mm，能够内置于超薄电视中。笔者认为，这对于打造超薄电视、进入高端智能电视市场的终端厂商来说将是另一大竞争优势。