我们在《什么是第三代半导体》这篇文章里面提过氮化镓(GaN)是第三代半导体的两大主角之一。建议您, 一定要先看一下先前的这一篇文章,接着再来往下读。
氮化镓的优势
纳微(Navitas,美股代码:NVTS)宣称,他们⽣产的氮化镓功率半导体,速度是传统矽晶片的20倍、并能传送3倍的电压,⽽且尺⼨和重量只有矽晶片的⼀半。
在2021年6月的投资⼈会议上,纳微执⾏⻑Gene Sheridan现场展⽰了使⽤氮化镓晶片制成的⼿机充电器,体积是⼀般充电器的⼀半,半⼩时内就能充饱50%的电⼒。Sheridan说,下一代代的氮化镓充电器,⽬标是在8分钟内充饱50%的电⼒。
发展情形
第三代半导体发展,⼤多朝GaN on SiC(碳化矽基氮化镓)以及GaN on Si(矽基氮化镓)两条路线发展,前者应⽤于基地台⾼频,后者多应⽤于中低频部分。不过虽有⾼低频应⽤上的差异,但两者都有各⾃的挑战需要克服,前者在于碳化矽(SiC)基板主要掌握在国际少数厂商⼿上,像是Wolfspeed(美股代码:WOLF),使得成本居⾼不下;后者在于化合物材料⻑在矽基材上⾯,有晶格不匹配等制程上的问题需要克服。
价格
氮化镓充电器功能虽然强⼤,售价也比矽晶片充电器贵上20%。Sheridan预测,两年内氮化镓充电器的成本将与矽充电器打平,3年后氮化镓充电器会比矽充电器更便宜。
应用领域
氮化镓目前主要用在行动装置的电池快速充电等小型的系统上,例如手机和笔电;氮化镓功率晶片商纳微预测,5年后⼿机充电器将舍弃传统矽晶片,转向拥抱氮化镓半导体。
但由于电动车才是最大的市场,氮化镓当然也早已进入这个市场。
而在常见的汽车、消费电子快充装置之外,无论是军舰上的相控雷达,还是高铁上的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor ,IGBT)器件,氮化镓等材料都有着广泛且必不可少的应用,民用市场、军用市场,未来的规模上限都很高。
潜在的市场
TrendForce集邦咨询预测:2025年第三代半导体碳化矽/氮化镓功率市场规模合计可达47.1亿美元,相比2020年7.3亿美元CAGR为45%。增长率虽高,但对比纳微2026年超过200亿美元市场的预测,相隔一年预测值却有着高达5倍以上的差别。
纳微认为,氮化镓拥有庞⼤的市场潜能,2020年矽功率半导体的市场规模为90亿美元,估计2026年增⾄130亿美元。氮化镓市场有望每年成⻑两倍,2026年市值达到20亿美元,占整体功率晶片市场的16%。此外,纳微也⽣产⾞载充电器(onboard charger),速度是⼀般电动⾞充电器的3倍,相关技术并能协助太阳能⾯板更为普及。
主要厂商
纳微
于2021 年预估在氮化镓产品市占率可占到29%的纳微(美股代码:NVTS),这是⼀家⼩型但成⻑快速的美商半导体设计公司,是氮化镓市占第⼀名的公司,它的主要代⼯厂就是台积电。
在电动汽车领域,纳微的客户包括比亚迪(美股代码:BYDDY)、路虎(未上市)、梅赛德斯(美股代码:DMLRY)、吉利(美股代码:GELYF)等数十家巨头。除了电动汽车,纳微还在太阳能和储能以及铁路、电网、工业电机等更广泛的工业市场拥有不少的大型的客户。
其它厂商
氮化镓第⼆名到第四名的厂商分别为Power Integrations(美股代码:POWI)、英诺赛科(中国⼤陆公司)及EPC等。
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