宽禁带半导体：技术进步将改变电力电子领域

在半导体技术的不断发展中，宽禁带（WBG）材料的出现将在未来十年引领一场变革性的旅程。

Yole Intelligence 提供了一份全面的概述，深入探讨了硅碳化物（SiC）和氮化镓（GaN）市场趋势、竞争动态、历史演变以及未来前景。

Part 1

WBG 半导体器件的演进

GaN 和 SiC 在约 600V 范围内的竞争尤为激烈，尤其是在图形表示中，SiC 和 GaN 在各种应用中扮演着关键角色，从交流适配器到电动汽车（EVs）和服务器电源。

2013 年 SiC 市场的价值约为 1 亿美元，主要受到 PV 逆变器和工业电源等应用的推动。2013 年氮化镓技术的初期阶段。多家公司参与了融资活动，智能手机快充器是 GaN 早期应用的典范，为其融入各个领域奠定了基础。

截至 2023 年，SiC 和 GaN 共同占据全球电力电子市场的 13.6%，其联合设备市场规模约为 30 亿美元。SiC 市场将迎来显著增长，预计将超过 100 亿美元，主要受到纯电动汽车，尤其是 800V 纯电动汽车里面需求推动。

Part 2

供应链和展望

SiC 和 GaN 的供应链正在经历明显的变革。 SiC 晶片和外延片供应商正在势头强劲，实现强劲的业绩收入增长。GaN 供应链更倾向于无厂和半无厂的生态系统，初创公司进入电力 GaN 业务。在未来十年，IDMs（集成器件制造商）有望通过并购、投资和技术内部投资主导电力 GaN 行业。

SiC 和 GaN 增长面临的主要挑战包括对电力电子应用的关注。市场正处于一个拐点，系统级采用引发了产能扩张和成本降低。展望未来，包括超宽禁带、工程化基板和体积 GaN 在内的新型基板正在发展中，预示着下一代电力电子的应用。

截至 2023 年，硅基技术占据着电力市场的最大份额。SiC 电力设备在工业和汽车应用中的广泛采用使其迅速增长。主要电力设备制造商正在不断开发和扩展其产能，以满足市场需求。一些公司如 Soitec（法国）和 SICOXS（日本 Sumitomo Metal Mining 的一部分）正在研发和验证工程化 SiC 基板。

对于氮化镓（GaN）器件，硅和蓝宝石是商用产品中主要的基板。为了充分发挥 GaN 在电力应用中的优势，体积 GaN 提供了同质外延，对垂直器件性能更为优越。由研发机构和日本企业长期开发，4 英寸体积 GaN 基板现在更加普遍，由 Mitsubishi（日本）、SEI（日本）、NGK Insulators（日本）、Kyma（美国）、Sino Nitride（中国）等企业提供。NexGen 和 Odyssey 在早期的 2020 年代推出了 GaN FET，现在正接近商业化。

氧化镓（Ga2O3）由于其相对容易的晶体生长和快速的基板扩展可能性，在过去几十年中引起了广泛关注。NCT（日本）和 KYMA（美国）是主要的基板供应商，而 Flosfia（日本）目前正在开发电力设备。据我们了解，截至 2023 年，目前还没有量产出货。

结论

未来十年对于宽禁带半导体来说将是一个激动人心的时代，SiC 和 GaN 将成为技术进步的中流砥柱。随着应用的多元化和市场的扩大，这些材料对塑造未来电力电子技术的影响不可忽视。随着市场的强劲增长、供应链的演变以及对新型基板的持续研究，SiC 和 GaN 的征程会带来巨大的变化。