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GaN器件发展迅速

供稿人:杨莺歌  供稿时间:2012-8-3   关键字:GaN器件  市场  
半导体材料氮化镓(GaN)的时代正在开启。它比传统的硅和砷化镓更加耐压,已成为大功率LED的关键材料之一,并在射频领域中受宠,其中包括Cree、RFMD以及Eudyna和NitrONex推出针对这些市场的GaN产品。另外包括IR、ST、富士通、松下,以及新晋的宜普电源转换公司(EPC)等都介入到GaN器件市场。
 
GaN功率器件市场可期
法国里昂Yole市场研究公司在一份名为“2012年GaN市场”的报告中预测,GaN功率电子器件市场总值2012年将为1000万美元,2013年增长至5000万美元,到2019年可能会超过10亿美元。
2011年GaN功率器件产业,只有国际整流器公司(IR)与EPC两家厂商在市场上销售产品,所以2011年产值不到250万美元。尽管如此,研发合同、验证测试和抽样仍有助于提高GaN收入。
2012年年初,国际整流器公司和EPC公司仍是仅有两家GaN功率器件供应商,器件产值预估不超过1,000万美元。但随着各项研发合约、认证测试及样品制作逐渐增加,预期GaN相关发展的整体产值,将有相当的成长空间。
2013年应该是GaN功率电子设备的转折年。这一年GaN将有几家公司从GaN功率电子器件产品的资格认证转为量产阶段,GaN器件市场规模可达5000万美元。
这些新厂商将在2014年完成产能扩充,并在2015年推出通过认证且可对应600伏特以上电压的GaN功率器件,可望获市场大量采用,进而大幅提升市场营收,并刺激非消费型应用功能的发展。至2015年时,GaN功率电子制造商数量将从2012年的2个增长到12-15个,可以生产至少10万个6英寸外延片。
图1 2010∼2020年GaN器件应用市场规模分析
 
大厂商纷纷涉足
外延晶圆厂商比利时EpiGaN公司、加拿大GaN Systems公司、IC和部件供应商(收购了美国Velox Semiconductors公司的)美国Power Integrations公司已开始与德国英飞凌(Infineon)、韩国LG电子、荷兰恩智浦(NXP)、瑞士意法半导体(STMicroelectronics)、松下、古河电工、韩国三星电子(Samsung Electronics)等大厂商展开合作。
尽管这些企业在GaN功率器件的潜在能力方面拥有充分的自信,但同时也面临着自己的产品如何被认可的问题,估计要花费大量时间才能使销售额实现最大限度的增长。在实用化阶段,只有少数器件能够高价畅销,但随着大量生产,价格迟早会降至商用水平。同样,目前的价格远远高于数年后的硅基GaN外延晶圆也是如此。
生产成本可能会随着现行150mm晶圆的技术改进,以及向200mm晶圆的过渡而下降。但最终完全取决于业务模式。国际整流器公司选择完全整合的做法,而意法半导体及恩智浦恐怕不会自行生产外延晶圆,仍会像以前一样购买外延晶圆,只使用自己的CMOS工艺来生产。
       掌握器件关键外延技术
GaN器件构造会因是否采用整合手段而有所差异?IR和EPC通过采用逆向工程,使用在Si基板上层叠的1μ~1.5μm厚的GaN外延层,而EpiGaN和AZZURRO提出了供应5μ~7μm厚GaN层的方案,其中蕴藏着彻底改变器件制造方法以及击穿电压的可能性。现在,为GaN功率器件用途采购外延晶圆的主要企业为GaN Systems、Nitek,以及BeMiTec等无厂企业。这些企业目前规模还较小,因此外延晶圆厂商在这一市场上能否获得成功还不得而知。
      开辟多个应用领域
虽然GaN器件可在价格较低的硅基板上形成,但同样可在高温下工作的、具有高电子迁移率的SiC(碳化硅)这一竞争对手也不容忽视。虽然GaN的成本最多可比SiC低40%,但对于600V的GaN器件而言,在最初会带来很大影响的太阳能逆变器市场上,必须要战胜已普及的SiC。如果能战胜SiC的话,600V的GaN器件便有望在太阳能发电逆变器市场上扮演重要角色。
此外,若GaN技术的发展能符合电动车和油电混合车的需求,则GaN器件未来的发展可上看10亿美元,而硅基板GaN的市场营收,至2019年时更可能超过3亿美元,但目前汽车厂商对于选择碳化硅(SiC)、GaN或其它硅相关科技的态度仍不明朗。
    LED企业开始关注GaN功率电子行业
节能趋势让GaN(GaN)功率器件日益受到市场关注,并吸引越来越多的厂商争相投入。除既有的半导体厂商外,LED制造商也已计划将过剩的产能用于生产GaN功率器件,以开辟新的获利来源,将有助扩大GaN功率器件市场渗透率。
 
参考文献:
[1]Power GaN 2012.
http://www.i-micronews.com/upload/Rapports/Yole_Power_GaN_Market_Technology_Report_Sample.pdf
[2] GaN发展势头迅猛,将比预想更早形成10亿美元市场
http://china.nikkeibp.com.cn/news/elec/62192-20120801.html
[3]消耗多余产能 LED企业跨足GaN功率器件制造
http://www.optochina.net/html/zx/scfx/16056.html

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