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于摩尔定律即将走到极限,各家半导体业者正寻求第三代半导体开发。所谓第三代半导体系指材料以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)及硒化锌等宽频半导体为主,有别于第一代的硅(Si)、第二代的砷化镓(GaAs)之半导体材料。

根据市场研究机构预测,2027年,全球GaN半导体器件市场规模预计将达到58.5亿美元(折合人民币约408亿元),从2020年到2027年,复合年增长率为19.8%。市场增长原因,因氮化镓(GaN)技术进步及在各种半导体器件产品应用呈现增长态势,例如:5G无线通信设备的需求(主要在国防通信领域、E类,F类和C类功率放大器)推动需求的成长。

在航空航天和国防技术公司方面,例如LHX.US、NOC.US、BAESY.US正在与政府机构合作,将氮化镓半导体用于军事电子战(EW)系统和AESA雷达应用。2012年2月,NOC.US公司设立了先进技术实验室,以开发用于关键军事项目的氮化镓半导体。该公司与美国政府已投资超过3亿美元,用于在军事系统中开发和集成GaN半导体,以增强太空,飞机和地面防御通信系统的功能。

一些公司动态,如恩智浦(NXPI.US)宣布在美国建厂所要生产5G用芯片,材料也是氮化镓;Transphorm公司(硅芯片上氮化镓功率器件的初创公司)宣布已完成一笔3500万美元的E轮融资。本轮融资由日本创新网络公司(INCJ)和日本国际电子公司(NIEC)领导。

还有,电动车辆的车载充电站和EV充电桩的供应设备中对GaN半导体装置的需求已经增加。例如,在2019年10月,名古屋大学发布了一款完全使用氮化镓半导体装置的电动汽车All GaNVehicle。与目前使用SiC开发的电动汽车相比,该汽车的效率提高了20%。由于这些芯片在车载资通讯娱乐主机(IHU)和高级驾驶员辅助系统(ADAS)等汽车应用中的使用量不断增加,因此预计8英寸芯片市场将受到高度关注。

由于,对高效和高性能射频零组件的需求不断增长,以及中国、日本和韩国等国家的电动汽车产量激增,亚太地区有望成为GaN增长最快的地区市场。例如,中国『十四五规划』投入10兆人民币抢占第三代半导体自主。

GaN半导体装置零组件,包括:晶体管、二极管、整流器、电源IC及其他。

目前,氮化镓(GaN)半导体装置市场主要参与者:

· Cree(CREE.US)

· Efficient Power Conversion Corporation

· 富士通有限公司

· GaN Systems

· 英飞凌科技股份公司

· NexGen电力系统(NXE.US)

· 恩智浦半导体

· Qorvo, Inc.(QRVO.US)

· 德州仪器公司(TXN.US)

· 东芝公司

从一些地区来看,日本也由政府集结上中下游产业合作发展GaN,5年内拨款90兆日圆资助研发氮化镓在半导体方面应用的大学、企业,目标2020年代后半全面量产。虽然,碳化硅发展比氮化镓更成熟,但日本是全球第一个研发氮化镓的国家,而且发展为成熟的材料自然有更多未来性,都可能是日本经产省决定押宝氮化镓的原因。物理学界曾有研究指出,若所有半导体都改用氮化镓为材料,目前所有电子产品耗电能减少10至25%。

中国计划正在制订的『十四五规划』(2021-2025年期间)将纳入第三代半导体产业发展,从教育、科研、开发、融资、应用等等各个方面,大力支持发展第三代半导体产业,以期实现半导体产业独立自主。但目前尚不知是否集中发展GaN半导体。

欧盟也将上中下游产业聚集合作,抢攻第三代半导体产业发展。


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