氮化鎵（GaN）主要是指一種由人工合成的半導(dǎo)體材料，是第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，研制微電子器件、光電子器件的新型材料。氮化鎵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)初步形成，相關(guān)器件快速發(fā)展。第三代半導(dǎo)體氮化鎵產(chǎn)業(yè)范圍涵蓋氮化鎵單晶襯底、半導(dǎo)體器件芯片設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)以及芯片等主要應(yīng)用場(chǎng)景。

氮化鎵應(yīng)用范圍廣泛，作為支撐“新基建”建設(shè)的關(guān)鍵核心器件，其下游應(yīng)用切入了 “新基建”中5G基站、特高壓、新能源充電樁、城際高鐵等主要領(lǐng)域。此外，氮化鎵的高效電能轉(zhuǎn)換特性，能夠幫助實(shí)現(xiàn)光伏、風(fēng)電（電能生產(chǎn)），直流特高壓輸電（電能傳輸），新能源汽車、工業(yè)電源、機(jī)車牽引、消費(fèi)電源（電能使用）等領(lǐng)域的電能高效轉(zhuǎn)換 ，助力“碳達(dá)峰，碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展來(lái)看，全球氮化鎵產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。據(jù)分析機(jī)構(gòu)Yole研究顯示，在氮化鎵功率器件方面，2020年的整體市場(chǎng)規(guī)模為0.46億美元，受消費(fèi)類電子、電信及數(shù)據(jù)通信、電動(dòng)汽車應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)，預(yù)計(jì)到2026年增長(zhǎng)至11億美元，復(fù)合年均增長(zhǎng)率為70%。值得一提的是，電動(dòng)汽車領(lǐng)域的年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)185%。在氮化鎵射頻器件方面，2020年的整體市場(chǎng)規(guī)模為8.91億美元，預(yù)計(jì)到2026年增長(zhǎng)至24億美元，復(fù)合年均增長(zhǎng)率為18%。

GaN是否能乘勝追擊？

近日，全球電動(dòng)車大廠特斯拉突然宣布，下一代的電動(dòng)車傳動(dòng)系統(tǒng)碳化硅用量大減75%，因借創(chuàng)新技術(shù)找到下一代電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)減少使用碳化硅的方法，也不會(huì)犧牲效能。這消息直接沖擊全球第三代半導(dǎo)體廠商股價(jià)，牽動(dòng)廠商布局。

GaN Systems全球業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁莊淵棋分析，以Tesla欲砍SiC達(dá)75%目標(biāo)來(lái)看，可從其第一、二、三代用量減少幅度來(lái)評(píng)估，第三代就有機(jī)會(huì)較第一代減少約75%用量，因此，單純通過(guò)SiC尺寸縮小來(lái)達(dá)到目標(biāo)是有機(jī)會(huì)的。

Tesla是率先采用SiC的車廠，如今為減少SiC用量、若欲混搭成本具競(jìng)爭(zhēng)力的IGBT，必須要考量到散熱、功率損耗表現(xiàn)遞減問(wèn)題，可能得再添加上冷卻系統(tǒng)（Cooling System）才能達(dá)到原有的水準(zhǔn)。

為了不受SiC缺料影響及總成本降低五成的考量，Tesla說(shuō)不定也會(huì)參考其他車廠的解決方案。例如四驅(qū)電動(dòng)車，前兩輪可采IGBT或非SiC，而后兩輪維持使用SiC，同樣可以達(dá)到降低SiC用量。

至于GaN是否可乘勝追擊，快速顛覆工業(yè)、拿下車用領(lǐng)域？莊淵棋說(shuō)，顛覆的速度難從單一元件廠商視野來(lái)評(píng)估，尤其車用器件的決定權(quán)，在于各不同車廠的設(shè)計(jì)、成本規(guī)劃以及車款定位等。

GaN市場(chǎng)動(dòng)態(tài)整理

目前部分GaN廠商宣稱已達(dá)到九成生產(chǎn)良率，但被客戶或競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手私下檢測(cè)時(shí)，產(chǎn)品良率僅五成。因此，就整個(gè)GaN的供應(yīng)鏈來(lái)說(shuō)，各供應(yīng)商產(chǎn)品良莠不齊明顯，短期要全面發(fā)展起來(lái)仍有難度。

莊淵棋分析，SiC、GaN要在DC-DC取代IGBT也有一定難度，因?yàn)榄h(huán)境要求沒(méi)有OBC、馬達(dá)逆變器端來(lái)得嚴(yán)苛，用成本最具競(jìng)爭(zhēng)力的IGBT可以展現(xiàn)相當(dāng)優(yōu)越的性價(jià)比。

同樣在充電樁領(lǐng)域，因?yàn)閷?duì)重量及空間不需錙銖必較，要拔掉成本最具優(yōu)勢(shì)的IGBT難度也高。

中、高電壓的GaN，相較于小電壓的3C充電頭，在制程上也有不同的挑戰(zhàn)仍待克服。簡(jiǎn)單地說(shuō)，不同工作環(huán)境要求，對(duì)元件量產(chǎn)就是新挑戰(zhàn)，耐用、穩(wěn)定性需要完全符合應(yīng)用端客戶要求。

在電動(dòng)車上目前GaN以主流400V系統(tǒng)為主，若未來(lái)要跨入800V，也得通過(guò)不同層面的認(rèn)證，整體來(lái)看，GaN要快速擴(kuò)散至各應(yīng)用領(lǐng)域，仍有層層關(guān)卡待突破。

以此來(lái)

看，GaN生產(chǎn)良率、形同SiC長(zhǎng)晶般難掌控嗎？莊淵棋解釋，得視個(gè)別GaN廠商的實(shí)力而定。就GaN市場(chǎng)來(lái)看，不少產(chǎn)品暗藏的缺陷難以立即找到，常在一段時(shí)間后才被發(fā)現(xiàn)。

所以，供給愈來(lái)愈多好的晶粒（Good die）是GaN廠商的關(guān)鍵，不論用測(cè)試、篩檢或任何可行方法來(lái)運(yùn)作，目前多方都在絞盡腦汁尋求最佳解方，以達(dá)到不同應(yīng)用端的要求。

審核編輯：劉清