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来源:半导体行业观察

在电源管理领域,随着应用对高压和高性能的要求逐步提升,GaN(氮化镓)越来越受到重视。从理论的角度来看,GaN提供了超越传统硅MOSFET的技术优势。尽管目前的功率GaN市场与32.8亿美元的硅电源管理市场相比显得微不足道,但GaN器件正在向各应用领域渗透,例如,LiDAR,这是高端应用,可充分利用功率GaN的高频开关特性。据Yole Développement预测,到2023年,功率GaN市场规模将达到4.23亿美元,复合年增长率(CAGR)为93%。


目前来看,功率GaN最大的应用场景仍然是电源,如手机的快速充电。2018年,Navitas和Exagan公司就推出了带集成GaN解决方案的45W快速充电电源适配器。


以苹果为代表的智能手机巨头们也对GaN的应用潜力高度关注,如果像苹果这样的公司采用GaN,许多其他公司将会跟进,使得该市场具有极大的发展空间。


在电动汽车市场,GaN的参与厂商,如EPC和Transphorm,已经获得汽车认证,正在为GaN的潜在增长做准备。



功率GaN产业链


自商用功率GaN器件首次发布以来,已过去8年,有越来越多的企业进入该产业链,如EPC、GaN Systems、Transphorm、Navitas等。这些初创企业中的大多数都选择代工模式,主要使用台积电(TSMC)、Episil或X-fab作为他们的首选合作伙伴,在此基础上,会有越来越多的代工厂提供这项服务。


与此同时,功率器件行业巨头,如英飞凌,安森美半导体,意法半导体,松下和德州仪器等,也在过去的几年里,特别是2018年启动了新的GaN项目,引起了业界的普遍关注,例如:

1、英飞凌于2018年底开始批量生产CoolGaN 400V和600V电子模式HEMT产品;


2、意法半导体和CEA Leti宣布合作开发基于200mm晶圆的二极管和晶体管GaN-on-Si技术,并期望在2019年验证工程样品。同时,意法半导体将创建一条产线,用于生产GaN -on-Si异质外延等产品,将于2020年在法国的前端晶圆厂投产。


这里简单解释一下外延(Epitaxy,简称Epi)工艺,是指在单晶衬底上生长一层跟衬底具有相同晶格排列的单晶材料,外延层可以是同质外延层(Si/Si),也可以是异质外延层(SiGe/Si 或SiC/Si等)。实现外延生长有很多方法,包括分子束外延(MBE),超高真空化学气相沉积(UHV/CVD),常压及减压外延(ATM & RP Epi)等。


由于功率GaN属于新兴产业,整个产业链还处于发展初期,并不成熟,但基于原有的功率技术和产业功底,产业链也已经基本成型,相关企业也都在各自的领域磨刀霍霍,准备迎接功率GaN市场的爆发。


纵观整个功率GaN产业链,可以大致划分为七大版块,每部分都有相应的供应商,分别是:硅衬底供应商,硅基GaN外延片供应商,功率GaN器件代工厂(外延+器件制造),器件设计+GaN外延制造,Fabless(器件和外延设计),纯代工厂,IDM。


下面我们就逐一介绍一下这七大版块中的代表企业。



硅衬底供应商


德国世创(Siltronic)


全球第四大硅晶圆厂商,总部位于德国慕尼黑,该公司在德国拥有150/200/300mm晶圆产线,在美国有一座200mm的晶圆厂,在新加波则拥有200mm和300mm产线。  


日本信越化学(Shin-Etsu)


全球集成电路用硅片制造商巨头。信越化学工业株式会社作为一家原材料生产商,从50年前推出有机硅制造和销售以来,'信越有机硅' 在全世界所开展的最高品质有机硅产品的研究和生产业务取得了良好业绩。


为了满足日益扩大的产品要求,'信越有机硅'在日本、美国、荷兰、中国台湾、韩国、新加坡以及中国浙江和上海建立了全球范围的生产和销售网络,以较低的成本向客户提供高效率的服务。


日本胜高(Sumco)


Sumco集团是世界第二大硅晶圆供应商,其硅衬底产能会直接影响未来的GaN晶圆市场走势。


SunEdison


SunEdison前身是始创于1959年的美商休斯电子材料公司(MEMC Electronic Materials Inc.),是全球光伏行业硅材料鼻祖之一,也是全球最大洁净能源开发商,其资产一度高达百亿美元。


2016年8月,保利协鑫能源控股有限公司宣布,与SunEdison签署协议,以约1.5亿美元收购后者及其附属企业SunEdison Products Singapore、MEMCPasadena、Solaicx的相关资产。


台湾合晶(Wafer Works)


该晶圆厂通过垂直整合的单晶锭,抛光和Epi晶圆生产线,为客户提供各种晶圆解决方案。主要产品为半导体硅晶圆材料、太阳能电池用硅晶圆材料与LED产业用的蓝宝石基板。



硅基GaN外延片供应商


NTT AT(日本电信公司研究所)


NTT-AT可提供高质量的GaN外延片,确保与IC制造商的设计理念保持一致。此外,该公司通过精确控制外延生长条件,并根据NTT实验室继承的专有技术和多年积累的技术保持稳定工艺,不断致力于减少漏电流和减少塌陷。


NTT-AT已经准备了适合研发高均匀性要求和商业产品稳定批量生产的晶圆生产系统。NTT-AT是IC制造商的合作伙伴,可为客户提供GaN HEMT外延片。


日本DOWA


是一家化合物半导体供应商,提供用于激光器与传感器的镓系列半导体材料、红光及红外发光二极管(LED)等产品,并在用于高功率半导体的氮化物半导体,以及用于杀菌设备的深紫外LED等发展潜力较大的领域开发新的产品。


IQE(Integrity, quality and expertise)


是总部位于英国威尔士加的夫的半导体晶圆产品和经营服务供应商。


EpiGaN


EpiGan成立于2010年,总部位于比利时东部哈瑟尔特市,是全球知名的微电子产学研中心IMEC的衍生公司,拥有顶尖的团队和强大的自主研发能力。该公司已经实现了8英寸硅基氮化镓磊晶圆工业量产,与主流的6英寸产线相比,其生产工艺处于行业先进水平。


EpiGaN的主要产品为硅基氮化镓(GaN-on-Si)和碳化硅基氮化镓(GaN-on-SiC)外延片,广泛应用于5G通讯、高效电力电子、射频功率、传感器等领域。主要合作伙伴包括欧洲航天局、博世、英飞凌、IBM、艾默生、OMMIC等知名机构和企业。



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