声明：本文为火石创造原创著述，接待个东谈主转发共享，网站、公众号等转载需经授权。 氮化镓（GaN）动作第三代半导体材料的一种爱色岛电影，在禁带宽度、满盈电子漂移速率、电子迁徙率三项参数上都绝顶了第一代和第二代半导体材料。
对GaN薄膜材料的究诘可纪念到上世纪60年代，但直到90年代GaN外延孕育和掺杂本事才得回了要紧冲破。21世纪后，科技的高速发展和赓续表示的新需求有劲鼓励着GaN半导体材料朝着高频、高功率、愚顽耗、超快反映、超高容量、微型化等目的发展。
01 2020年民众GaN射频器件市集限制超8亿好意思元 与碳化硅（SiC）比较，GaN具有更高的电子迁徙率，开关速率快，因此在高频哄骗鸿沟上风显耀，在微波射频、IDC等鸿沟后劲纷乱。GaN微波射频器件/模块通常包括GaN功率放大器（PA）、GaN低噪声放大器（LNA）、GaN高电子迁徙率晶体管（HEMT）以及GaN MMIC放大器等。
据Yole统计，2020年民众GaN射频器件市集达8.3亿好意思元，到2025年将增长至20亿好意思元以上，年均复合增长率（CAGR）为12%。国防军工和5G哄骗是GaN射频市集的两大康健牵引力，除此以外，GaN射频在无线宽带、射频能量、贸易雷达等市集也发达绝顶。
GaN射频器件的不同本事阶梯
GaN器件制造主要有蓝对峙基GaN、SiC基GaN、Si基GaN和GaN基GaN四种工艺。
蓝对峙衬底动作第一代本事阶梯，坐褥本事训诫、褂讪性较好，但由于衬底尺寸小、晶格失配、热应力适配等纰谬，无法复古新兴的GaN器件市集需求。
在射频鸿沟，因SiC基GaN较好的料理了散热、成果和尺寸等问题，是当今主流的本事阶梯。海外上4英寸和6英寸产线并存，4英寸代表制造商有日本住友和台湾稳懋，家具掩盖了 6GHz 以内的各频段，输出功率 40-400W。6英寸产能相对采集，主要为好意思国企业，包括Cree/Wolfspped、NXP和Qorvo。
Si衬底尺寸大、价钱低，可面向更大的哄骗市集，且Si自己动作第一代半导体材料发展最为训诫，因此Si 基 GaN 射频器件也逐步得到了学术界和产业界的存眷，但仍然是一个较小众的市集。Macom公司的Si基GaN器件凭借其显耀的老本上风和可靠性能，正在劫夺传统LDMOS和SiC基GaN的市集。四川益丰充购的OMMIC（前身是飞利浦在Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的究诘部门），掌抓6英寸Si基GaN工艺。据悉，英诺赛科正在研发 8 英寸 Si 基 GaN 射频器件工艺。
图1：GaN制造本事阶梯变迁来源：Yole
我国GaN射频器件发展大致
我国第三代半导体产业本事更动政策定约（CASA）统计数据骄慢，2020年我国GaN微波射频器件市集限制约66.1 亿元，同比增长 57.2%。其中，
国防与航天是最大的下流哄骗市集，2020年哄骗限制达34.8亿元，占国内GaN射频器件市集的53%，且瞻望将保持25.4%的CAGR连接推广。跟着世界5G基站开采的加快，有望拉动国内GaN射频器件市集成倍增长，瞻望开释超千亿元的GaN PA新需求。改日三到五年GaN射频器件在5G基站的浸透率瞻望达到70%。
图2：2020年我国GaN射频器件下流哄骗散布来源：CASA
02 GaN在销耗电子市集大放异彩 GaN电力电子器件的导通电阻低至传统器件的近千分之一，开关速率是后者的几十倍，不错灵验裁汰近90%的电源损耗，且GaN电力电子器件躯壳纤细，这些特质无缺契合了销耗电子电源家具连年来追求微型化和高成果的趋势。 自2018年以来，GaN材料在快充鸿沟得到快速贸易化，开头解围的是手机充电器。据不皆备统计，限制2020年底民众已有60余家GaN快充家具制造商，已推出超100款GaN PD家具，充电功率采集在30-100W区间，不管是企业数目依然家具数目都较2019年增长迅猛。跟着职责功率赓续提高，尤其是100W以上，GaN材料将会更具主导上风。 2020年2月13日，小米认真发布了65W GaN充电器，售价149元。小米首席实践官雷军先容，该款充电工具有工致、高效、发烧低等特质，仅需45分钟即可将一块 4500mAH的超大电板充满电。2020年OPPO、华为、魅族等国产手机厂商也接踵推出了GaN快充家具。
图3：GaN快充鸿沟要点厂商布局来源：Yole 从手机起程，GaN快充本事正在徐徐浸透札记本电脑、骄慢器、白家电、其他3C等市集。戴尔、联念念、LG等札记本电脑品牌纷繁入场GaN快充，推出了GaN大功率电源适配器。而受到下流需求刺激，Navitas、PI、英飞凌、Transphorm以及国内半导体厂商英诺赛科、氮矽科技、能华微等都陆续推出了适用于PD 快充的 GaN芯片。GaN销耗类电源的改日市集空间无可限量，瞻望在接下的几年将迎来发展巅峰。
03 新能源汽车：改日不同半导体材料博弈的新战场 新能源汽车市集为电力电子器件提供了要紧的驱能源，同期也对半导体材料和器件淡薄了新的需求。当今，Si基IGBT和SiC基MOSFET 这两个主流本事正在劫夺新能源汽车功率半导体这一块大蛋糕，而Si基GaN器件也在发力浸透，改日亦然干豫忽视的有劲竞争者。 相较Si基IGBT，SiC基MOSFET领有耐高压、更高的开关速率和低损耗等优异性能，况兼在相通功率下，SiC模块通常具备更小的封装尺寸，有助于兑现兑现车载逆变器的轻量化与节能化。民众范围内，特斯是行业内第一个使用SiC本事的的车企，Model 3上接纳了Infineon（英飞凌）和ST（意法半导体）的SiC逆变器，集周至SiC功率模块。国内汽车厂商中，比亚迪自主研发的SiC MOSFET已运转上车使用，本年6月蔚来首台SiC电驱系统C样件下线。 从本事层面上看，GaN功率器件可承受电压不足SiC功率器件，在48V夹杂能源汽车上上风更明显，也更合适小功率DC-DC/AC-DC救济器。此外，GaN功率器件也有望在车载充电器（OBC）得到更普通哄骗。若是系统老本达到均衡，GaN在新能源汽车OBC上的使用可能性将会大大普及。 需要承认的是，尽管第三代半导体本事在新能源汽车鸿沟后劲无尽，但汽车所需器件的认证周期长，通常条目很高的器件可靠性和褂讪性，在现实中SiC和GaN本事的哄骗并不乐不雅，仍处于颠倒初期的阶段。Si基IGBT产业链训诫，过程屡次迭代，器件褂讪性高，材料老本上风显耀，因此瞻望在改日Si基IGBT和SiC MOSFET仍将遥远并存，而GaN本事哄骗在新能源汽车鸿沟念念要得回现实性冲破还需很长一段期间。
参考而已：
1. CASA：第三代半导体产业发展诠释（2020）
2. 《第三代半导体材料》，中国材料究诘学会组织编写
3. 券商研报和其他公开而已
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作家 | 火石创造 沈清晨 审核 | 火石创造 邵钱、殷莉裁剪 | 火石创造 张艳玲运营 | 火石创造 黄淑萍
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