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。台積電2 月 21 日宣布，與意法半導體合作加速市場採用氮化鎵產品。加速氮化鎵（GaN）製程技術的開發，並將分離式與整合式氮化鎵元件導入市場。
PK 對手的結果都是 KO
近幾年，氮化鎵作為一個高頻詞彙進入了人們的視野中。
氮化鎵自出生以來南征北戰，無論是 PK 碳化矽（SiC）還是吊打砷化鎵（GaAs），作為第三代半導體材料的 GaN 優勢凸顯。
①由於禁帶寬度大、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。
②其較大的禁帶寬度和絕緣破壞電場，使得器件導通電阻減少，有利於提升器件整體的能效。
③電子飽和速度快，以及較高的載流子遷移率，可讓器件高速地工作。
④相較於矽基元件，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特性讓氮化鎵廣泛適用於具備 100 伏與 650 伏兩種電壓範疇之持續成長的汽車、工業、電信、以及特定消費性電子應用產品。
GaN 在成本控制方面顯示出了更強的潛力。目前主流的 GaN 技術廠商都在研發以 Si 為襯底的 GaN 的器件，來替代昂貴的 SiC 襯底。
由於 GaN 器件是個平面器件，與現有的 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。
台積電+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，台積電宣布將與意法半導體合作加速市場採用 GaN 產品，而意法半導體預計將在今年晚些時候將首批樣品交給主要的客戶。
GaN 之前一直沒能普及，與其高高在上的價格不無關係，而現在，隨著市場需求量增大、大規模生產的實現，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，相較於矽技術，功率氮化鎵及氮化鎵積體電路產品，在相同製程上具備更優異的效益，能夠協助意法半導體提供中功率與高功率應用所需的解決方案，包括應用於油電混合車的轉換器與充電器。
具相較於矽技術，功率氮化鎵及氮化鎵集成電路產品，在相同製程上具備更優異的效益，能夠協助意法半導體提供中功率與高功率應用所需的解決方案，包括應用於油電混合車的轉換器與充電器。
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。對於功率、智慧型功率電子、以及製程技術而言，氮化鎵代表下一個重大的創新。
台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與汽車功率轉換。
而台積電領先的氮化鎵製造專業結合意法半導體的產品設計與汽車級驗證能力，將大幅提升節能效益，支援工業及汽車功率轉換之應用，讓它們更環保，並且協助加速汽車電氣化。
台積電氮化鎵製造專業結合意法半導體的產品設計與汽車級驗證能力，將大幅提升節能效益，支援工業及汽車功率轉換之應用，讓它們更環保，並且協助加速汽車電氣化。
對未來汽車發展注入新動能
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、化學穩定性好（幾乎不被任何酸腐蝕）等性質和強的抗輻照能力，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 憑藉其高速開關能力、精簡的外圍電路以及更低功率損耗等多項優勢，在 12V 甚至未來 48V 的汽車電池 DC-DC 轉換器以及 OBC 等應用上將大有用武之地。
GaN 系統的功率電晶體產品為工程師打造當今智能汽車系統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與普及，數據中心的基礎架構將大幅擴充，數據中心能耗成本將成為諸多駕駛員的一大難題。若提升其功率轉換效率，勢必將節省數十億美元。
隨著 GaN 產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、雷射雷達、數據中心等，從而刺激功率半導體市場繁榮。
氮化鎵市場規模將迅速提升
調研機構 Yole 認為，2022 年氮化鎵功率器件的市場規模為 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模有望突破 20 億美元。
在這些廣闊前景的召喚下，GaN 產業鏈包括上游的材料（襯底和外延）、中游的器件和模組、下游的系統和應用等均將受益。
2019 年 GaN 功率器件國際市場規模中，電源設備領域占比 55%，其次是雷射雷達，占比達到 26%。其他下游應用如包絡跟蹤、無線電源等。
2019 年，GaN 功率電子器件國內市場規模約為 1.2 億元,尚處於應用產品發展初期，但未來市場空間有望持賣拓展，在市場樂觀項期下，2028 年 GaN 功率電子市場規模有望達到 4.24 億美元。
據統計，預計 2022 年全球氮化鎵襯底市場規模將達到 64 億元，2017 至 2022 年的年複合增長率為 34％。
目前積報推廣 GaN 技術的公司已經目熟能詳，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為未來幾年主導功率 GaN 市場作好了準備。
國內企業也在積極布局
2015 年 5 月，國務院印發了《中國製造 2025》。其中，4 次提到了以碳化矽、氮化鎵為代表的第三代半導體功率器件。
到目前為止，國內已有四條 4/6 英寸 SiC 生產 / 中試線和三條 GaN 生產 / 中試線相繼投入使用，並在建多個與第三代半導體相關的研發中試平台。
在 GaN 襯底方面，國內已經小批量生產 2 英寸襯底，具備 4 英寸襯底生產能力，並開發出 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台上表示，公司目前氮化鎵產能約 2000 片每月，產能還在增加。
關於氮化鎵方面，三安光電錶示，目前，公司氮化鎵產能約 2000 片每月，產能還在增加。
三安集成的氮化鎵 E-HEMT 技術的目標是服務於消費者和工業應用，如適配器 / 充電器，電信 / 伺服器 smp，無線電源，車載充電器（OBC）和成本有效的解決方案。其中，氮化鎵業務板塊的產能規劃包括年產氮化鎵芯 769.20 萬片、PSS 襯底年產 923.40 萬片、大功率雷射器年產 141.80 萬顆。
國內氮化鎵的發展難題
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量、工藝穩定性、器件可靠性以及成本控制等，寬禁帶功率半導體產業化的難度比外界想像的要大很多。
②5G 移動通信、電動汽車等是寬禁帶半導體產業最具有爆發性增長潛力的應用領域，國內在產業生態的成熟度上與國外的差距還比較明顯，落後程度更甚於技術層面的落後程度。
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後 3 年左右。
結尾
隨著消費電子產品對功能的多樣性需求不斷增強，消費者對於快充技術的需求也愈發強烈，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，這也預示著今年或將成為氮化鎵產品爆發的一年。