半导体

三安集成电路有限公司技术中心技术总监叶念慈: 2020年第三代半导体市场将翻番

作者:来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2019-12-23 17:56我要评论

半导体技术发展经历了三代变化,第一代的半导体材料主要指硅、锗元素半导体材料;第二代及第三代半导体材料主要指化合物半导体材料。作为高功率、高频操作适合现在功率器件趋势的第三代半导体材料主要是指以碳化硅(SiC)氮化镓(GaN)为代表的禁带宽度大于3eV的宽禁带半导体材料。

纵观近期全球SiC 电力电子器件市场,高效率、高能量密度电源供应和光伏逆变器应用越来越多地使用SiC 电力电子器件。2018以来,随着电动汽车特斯拉MODEL3采用650 V SiC MOSFET 作为电驱的关键器件,SiC电力电子器件已于电动汽车应用领域呈现爆发式的增长,并引发全球衬底/器件供应商如科锐、罗姆、英飞凌的积极扩产,呈现供不应求的局面。

随着国内智能手机制造商OPPO在其65 W快速充电器中采用GaN HEMT,GaN功率器件正式进入主流消费应用。此外,GaN 还受到了汽车产业各OEM和Tier 1的关注。预计GaN也将逐步海透工业和电信电源应用领域(数据通信、基站、UPS等)。Yole预测,到2024年,功率GaN市场规模将超过3.5亿美元,复合年增长率(CARG)将高达85%。

电力电子产业积报推广GaN技术的公司已经目熟能详,例如宜普电源专换公司(EPC)、GaN Systems、Navitas、英飞凌(Infineon)以及安森美半导体(ON Semiconductor)。如今,越来越多的公司正在进入该市场,有的明刀明枪雄心勃渤,有的则被其专利布局暴露了意图。拥有强大技术和专利布局的核心厂商们已经为未来几年主导功率GaN市场作好了准备。

国内今年在SiC电力电子器件市场的需求规模勺为1亿美元左右,约占全球总体的20%。高效率、高能量密度电源供应和光代逆变器应用的SiC二极管为主要需求。但在高端电动汽车电及车载充电器所使用SiC MOSFET 量极低,主要是现行车厂因成本考量,并局限于SiC MOSFET 从国外供应短缺与封锁及技术尚未成孰等因素。此方面需联合国内SiC产业链从衬底、外延、芯片制造、封装与模块、驱动与应用电路搭建等资源,才能保障SiC电力电子器件此刚需产业在国内的发展与茁壮。在SiC功率芯片制造上可采用如三安集成电路具有衬底、外延、芯片制造一站式服务的代工模式,快速提供国内电动汽车产业具有性价比竞争力的SiC功率器件。另外在SiC村底尺寸上也需尽快朝向6英寸发展,在单位面积SiC芯片制造上,6英寸的生产成本较4英寸最少可降低50%,国内SiC芯片因局限于国外6英寸衬底的供应及国内6英寸量产技术尚未成熟,仅局限与4英寸的SiC功率芯片晶圆制造,在价格上已无法与国外先进大厂相抗衡。研究机构Yole 预测,到2023年,SiC功率半导体的市场规模有望达到16 亿美元,2025到30亿美元。在未来的10 年内,SiC器件将开始大范围地应用于电动汽车领域。

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三安集成电路产线中生产的4英寸碳化硅电力电子芯片

2019年GaN功率器件国际市场规模中,电源设备领域占比55%,其次是激光雷达,占比达到26%。其他下游应用如包络跟踪、无线电源等。2019年GaN功率器件特别是在个人手机/笔记本适配器市场展现热潮,传统硅MOSFET适配器有着占用空间大、不美观、发热导致电量损耗等缺点,而GaN能够减少电源体积,同时提升效率。2019年,GaN 功率电子器件国内市场规模约为1.2亿元,尚处于应用产品发展初期,但未来市场空间有望持卖拓展,在市场乐观项期下,2028年GaN功率电子市场规模有望达到4.24亿美元。

展望2020年,化合物半导体功率器件因其高效能与高功率密度的特性,对此类功率的需求几乎是每年翻倍性的成长,各厂商无下扩产,乐观应对。针对SiC,如科锐、罗姆、英飞凌都已传出扩产消息,科锐已宣称往8英寸SiC晶圆迈进,无自给衬底的厂商也积极布局衬底,进行产业链的垂直整合以期确保村底来料与降低生产成本。国内则需加速开发SiC MOSFET 的芯片制造技术,并朝向6英寸芯片制造产业链垂直整合的趋势前进。GaN 功率器件则在手机快充/笔记本小型化适配器继续提高渗透率,并对数据中心电源持续推广,扩大GaN功率器件的应用范围。整体化合物半导体功率芯片产业趋势将走向大规模制造、更大尺寸、降低原物料成本、提升产品电流密度及专业代工的方向发展。


责任编辑:诸玲珍
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