氮化鎵功率器件
關注創建者：匿名 創建時間：2022-04-08
氮化鎵功率器件的實例教程
上周，上市公司
金溢科技
發布公告稱，將投資
9000萬元
，入股一家
氮化鎵器件
企業，從ETC和交通系統切入第三代半導體。
據“三代半風向”了解，2021年以來，跨界進入的上市企業也逐漸增多，除了華為、美的、TCL等企業外（.點這里.），最近，還有電力能源、線材等4家上市公司，合計擬投資近27億元，進入碳化硅和氮化鎵領域。
投資9000萬元
布局氮化鎵車聯網
5月13日，金溢科技發布公告表示，公司與
深圳鎵華微電子有限公司
及其創始人CHARLES CHUNLI LIU簽署《投資意向書》，擬以9000萬元投資額增資入股深圳鎵華，增資完成后將持有深圳鎵華
11.25%
的股權。
金溢科技表示，通過增資入股深圳鎵華，后續將借助深圳鎵華在氮化鎵功率器件領域的技術優勢，并發揮公司在車聯網領域積累的技術和資源，雙方共同開拓氮化鎵在車聯網領域的應用。
根據公告，深圳鎵華成立于2019年10月，是一家硅襯底氮化鎵功率器件公司，該公司由在海外從事半導體行業25年和開發硅襯底GaN功率器件18年經驗的劉查理博士領軍。深圳鎵華擁有完整的GaN知識產權和技術，目前已經成功流出650V/900V/1200V氮化鎵功率器件工程芯片，各項靜態/動態/電路參數測試結果優異，相關技術成果國內外領先。
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增資前，深圳鎵華的股權結構如下：
本次投資后，深圳稼華股權結構如下：
金溢科技成立于2004年，主營業務為智能交通行業，占比100.0%。2021年第一季度金溢科技營收約為7375萬元，同比下降77.84%；凈虧損約為343萬元，同比下降103.14%。
展開 據“三代半風向”了解，部分氮化鎵企業近年來營收不斷上漲，比如Transphorm今年一季度營收環比增長20%，比去年同期增長118%。
國內方面，英諾賽科的氮化鎵出貨量已經超過千萬顆級別，前段時間，英諾賽科蘇州8英寸氮化鎵項目也正式量產，另一家氮化鎵企業也在擴線。據江蘇能華總經理朱廷剛博士透露，他們的二廠預計年底可以進入到預產狀態，未來產能將增加10倍。
相比碳化硅，氮化鎵技術難度較低，因此眾多企業可借助專業的晶圓代工廠，進入氮化鎵快充領域。隨著快充產品日益青睞國產氮化鎵（比如立訊采用元拓氮化鎵、瑞亨電子采用英諾賽科），最近，國產氮化鎵產品也越來越多：
1
青島聚能創芯推出650V系列氮化鎵功率器件產品
2
南芯推出高集成度GaN解決方案 SC3050/SC3056
3
鎵未來推出小尺寸貼片cascode氮化鎵器件G1N65R480PA、G1N65R240PB和 G1N65R150PB
4
南京芯干線推出650V氮化鎵功率器件（X-GaN）、650V 碳化硅二極管（X-SiC）。
5
深圳鎵華微電子推出共源共柵級聯結構的650V/900V/1200V硅基GaN器件
安克CEO估算，全球充電器市場每年是40億左右的產量，其中GaN氮化鎵只占1%，因此氮化鎵未來的市場需求很大。
而氮化鎵遠不止快充一個應用領域，英飛凌電源與傳感系統事業部市場總監程文濤最近表示，氮化鎵應用在手機快充市場，可以幫助率先驗證材料可靠性。未來，技術更成熟后，將在工業等領域看到更多氮化鎵應用。
展開 此外，住友在氮化鎵FET器件上，側重外延工藝和芯片工藝突破。
美國Cree依靠其技術儲備支撐氮化鎵功率器件的市場化。2019年，Cree逐步剝離LED業務，專注于碳化硅電力電子器件和用于GaN射頻器件，并于2021年正式更名為Wolfspeed（原Cree旗下的功率&射頻部門）。在技術分布上，發光二極管LED和GaN基FET器件兩大方向是Cree重要的專利布局領域。其中，前者的研發熱度在近幾年明顯衰退，而Cree在后者的細分領域中則探索了較多的技術難題，注重器件多性能發展。
德國英飛凌持續深耕功率器件領域，且重點關注美國市場。其前身作為西門子集團的半導體部門，英飛凌主要生產IGBT、功率MOSFET、HEMT、DC-DC轉換器、柵極驅動IC、AC-DC電源轉換器等功率半導體器件，曾連續10年居全球功率半導體市場之首。在氮化鎵領域，英飛凌的技術分布于集中產業鏈中游——器件模組，持續關注GaN基FET、IGBT等功率元器件，以及由多個功率元器件集成的功率模塊（如電源轉換器）的研發?？傮w而言，英飛凌在功率模塊、GaN基FET器件上布局的專利最多。
國內LED龍頭“三安光電”在氮化鎵領域有一定技術儲備。三安光電是目前國內規模最大的LED外延片、芯片企業。2014年，該公司投資建設氮化鎵高功率半導體項目；2018年，在福建泉州斥資333億元投資Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料、LED外延、芯片、微波集成電路、光通訊、射頻濾波器等產業。在氮化鎵領域，三安光電同樣集中于產業鏈中游——器件模組的研究。其布局的器件類型主要包括可見光LED、紫外LED、Micro/Mini LED和GaN基FET。2016年后，三安光電對可見光LED的專利申請量逐漸下降，并開始增加對Micro/Mini LED、GaN基FET的專利申請。
展開 據透露，英諾賽科的低壓氮化鎵產品已取代美國某公司產品，成為中國領先的激光雷達企業禾賽科技的供應商，。同時，英諾賽科已成功開發出應用于數據中心的低壓氮化鎵電源管理芯片產品，可取代原有硅器件，大幅度提升系統效率，降低能耗及運營成本。
行業人士預測，隨著技術和市場化應用逐漸成熟，氮化鎵器件大規模上量后，成本將不是問題，預計2022年氮化鎵芯片將與硅器件價格持平，到了2023年甚至成本還更具優勢，未來65%硅功率器件應用場景都可以采用氮化鎵。
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展開 廈門三安
廈門三安（SANAN）在電力電子領域，現已推出高可靠性，高功率密度的SiC功率二極管及硅基氮化鎵功率器件，已完成SiC功率二極管650V到1700V布局。
碳化硅功率二極管及MOSFET及硅基氮化鎵功率器件主要應用于新能源汽車、充電樁、光伏逆變器等電源市場，目前碳化硅二極管開拓客戶182家，送樣客戶92家，轉量產客戶35家，超過30種產品已進入批量量產階段。二極管產品已有2款產品通過車載認證，送樣客戶4家。在硅基氮化鎵功率器件方面，完成約40家客戶工程送樣及系統驗證，已拿到12家客戶設計方案，4家進入量產階段。
韓國YES POWERTECHNIX（YPT）
成立于2017年的韓國YPT專注于SiC Diode和SiC MOSFET，是韓國第一家商業化SiC公司?？梢蕴峁?英寸SiC代工服務，月產能1500片。
SiC材料之殤
SiC器件成本高的一大原因就是SiC襯底貴，目前，襯底成本大約是加工晶片的50%，外延片是25%，器件晶圓生產環節20%，封裝測試環節5%。SiC襯底不止貴，生產工藝還復雜，與硅相比，碳化硅很難處理、研磨和鋸切，挑戰非常大。所以大多數企業都是從Cree、Rohm等供應商購買襯底。
SiC器件廣泛用于光伏逆變器、工業電源和充電樁市場，再加上特斯拉等新能源汽車廠開始陸續導入SiC器件，導致SiC器件用量激增，也直接拉到SiC襯底和外延片需求量增漲。目前SiC材料產能十分緊缺，能否穩定供貨是碳化硅功率產品很重要的產品屬性。
目前Cree是全球最大的SiC襯底和外延片供應商，約占全球一半產能；羅姆（Rohm）、高意（II-VI）分列二、三位，合計占有全球35%的產能。
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業界認為，在未來數年間，氮化鎵功率器件的成本可望壓低到和硅MOSFET、IGBT及整流器同等價格。
充電頭的工作原理：是將220v交流電轉化為直流電，在通過變頻的方式，將220V交流電變為5v直流電，從而為手機充電。上一代的充電頭材料是SI材料，現在更換為GAN材料。所以，氮化鎵充電頭，只是把以前的SI材料的充電頭中的SI材料，換為GAN。
新半導體的出現
對功率半導體來說,
新半導體的帶隙要比硅更寬,也就是要大于1.1eV,近幾年最火的是氮化鉀和碳化硅就都屬于寬帶隙半導體,在室溫下帶隙寬度大于2.2eV,氮化鎵的帶隙高達3.39eV,并且比硅的導熱性更好,在高壓下的電子遷移速度也更快,這讓氮化鎵器件的功率更大,能效也更高,現在氮化鎵在光電子、5G通信都有應用
業界認為，在未來數年間，氮化鎵功率器件的成本可望壓低到和硅MOSFET、IGBT及整流器同等價格。
氮化鎵電力電子器件具有更高的工作電壓、更高的開關頻率、更低的導通電阻等優勢，并可與成本極低、技術成熟度極高的硅基半導體集成電路工藝相兼容，在新一代高效率、小尺寸的電力轉換與管理系統、電動機車、工業電機等領域具有巨大的發展潛力。
功率半導體組件與電源、電力控制應用有關，特點是功率大、速度快，有助提高能源轉換效率，多年來，功率半導體以硅（Si）為基礎的芯片設計架構成為主流，碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等第三類半導體材料出現，讓功率半導體組件的應用更為多元，效率更高。
MOSFET與IGBT雙主流各有痛點
高功率組件應用研發聯盟秘書長林若蓁博士（現職為臺灣經濟研究院研究一所副所長
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Bricconi 透露，他們正在牽頭GaNext等國際項目，GaNext 項目旨在開發適用于車載充電器 (OBC)、光伏逆變器等領域的氮化鎵功率器件，“首批配備 GaN 晶體管的汽車將在2024年至2025年問世，使用GaN可以使OBC的功率密度翻倍。"
根據Yole和CREE預測，受益5G的普及與5G基站的建設，碳化硅基氮化鎵外延功率器件市場規模將從2018年6.45億美金增長到2024年的20億美金，年均復合增速達20.76%，2027年市場規模有望達到35億美金。
CINNO Research產業資訊，由日本電子零部件企業田村製作所和AGC等出資成立的Novell Crystal Technology，與佐賀大學合作成功開發出第三代氧化鎵100mm外延片。這次研發屬于NEDO（日本國立產業技術綜合開發機構）戰略節能技術創新計劃中, "β-Ga2O3肖特基勢壘二極管商業化開發 "項目的一部分。在本次研發中，外延片制造技術得到了改進，將抑制大電流氧化鎵功率器件發
據了解，2025年豐田合成氮化鎵業務的營收目標是要達到1000億日圓（約53.3億人民幣），其中氮化鎵襯底和功率器件是主要營收來源。而且豐田與日本名古屋大學合作開發了“全氮化鎵汽車”，屆時從LED照明、激光雷達和功率器件都將采用氮化鎵技術。
美國Cree依靠其技術儲備支撐氮化鎵功率器件的市場化。2019年，Cree逐步剝離LED業務，專注于碳化硅電力電子器件和用于GaN射頻器件，并于2021年正式更名為Wolfspeed（原Cree旗下的功率&射頻部門）。在技術分布上，發光二極管LED和GaN基FET器件兩大方向是Cree重要的專利布局領域。
針對第三代功率半導體器件（
碳化硅和氮化鎵兩大材料體系
）需求，加速實現第三代半導體全產業鏈的自主可控發展，包括：盡快實現高性能6英寸和8英寸碳化硅單晶襯底和外延材料及其功率器件的量產、6英寸和8英寸硅基氮化鎵外延材料及其功率器件的量產、高性能封裝的器件和模塊量產，以及單晶襯底生長、加工、芯片工藝、封裝、測試等核心檢測儀器和裝備的國產化。
