① 第三代半導體材料爆發!氮化鎵站上最強風口
隨著市場對半導體性能的要求不斷提高,第三代半導體等新型化合物材料憑借其性能優勢開始嶄露頭角,成為行業未來重要增長點。
相對於第一代(硅基)半導體,第三代半導體禁帶寬度大,電導率高、熱導率高。第三代半導體的禁帶寬度是第一代和第二代半導體禁帶寬度的近3倍,具有更強的耐高壓、高功率能力。
氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)並稱為第三代半導體材料的雙雄,由於性能不同,二者的應用領域也不相同。
氮化鎵、高電流密度等優勢,可顯著減少電力損耗和散熱負載,迅速應用於變頻器、穩壓器、變壓器、無線充電等領域,是未來最具增長潛質的化合物半導體。
與GaAs和InP等高頻工藝相比,氮化鎵器件輸出的功率更大;與LDCMOS和SiC等功率工藝相比,氮化鎵的頻率特性更好。
隨著行業大規模商用,GaN生產成本有望迅速下降,進一步刺激GaN器件滲透,有望成為消費電子領域下一個殺手級應用。
GaN主要應用於生產功率器件,目前氮化鎵器件有三分之二應用於軍工電子,如軍事通訊、電子干擾、雷達等領域。
在民用領域,氮化鎵主要被應用於通訊基站、功率器件等領域。氮化鎵基站PA的功放效率較其他材料更高,因而能節省大量電能,且其可以幾乎覆蓋無線通訊的所有頻段,功率密度大,能夠減少基站體積和質量。
氮化鎵在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應用方面有著廣闊的前景。隨著5G高頻通信的商業化,GaN將在電信宏基站、真空管在雷達和航空電子應用中佔有更多份額。
根據Yole估計,大多數Sub 6GHz的蜂窩網路都將採用氮化鎵器件,因為LDMOS無法承受如此之高的頻率,而砷化鎵對於高功率應用又非理想之選。
同時,由於較高的頻率會降低每個基站的覆蓋范圍,需要安裝更多的晶體管,因此市場規模將迅速擴大。
Yole預測,GaN器件收入目前占整個市場20%左右,到2025年將佔到50%以上,氮化鎵功率器件規模有望達到4.5億美元。
從產業鏈方面來看,氮化鎵分為襯底、外延片和器件環節。
盡管碳化硅被更多地作為襯底材料(相較於氮化鎵),國內仍有從事氮化鎵單晶生長的企業,主要有蘇州納維、東莞中鎵、上海鎵特和芯元基等。
從事氮化鎵外延片的國內廠商主要有三安光電、賽微電子、海陸重工、晶湛半導體、江蘇能華、英諾賽科等。
從事氮化鎵器件的廠商主要有三安光電、聞泰 科技 、賽微電子、聚燦光電、乾照光電等。
GaN技術的難點在於晶圓制備工藝,歐美日在此方面優勢明顯。由於將GaN晶體熔融所需氣壓極高,須採用外延技術生長GaN晶體來制備晶圓。
其中日本住友電工是全球最大GaN晶圓生產商,占據了90%以上的市場份額。GaN全球產能集中於IDM廠商,逐漸向垂直分工合作模式轉變。美國Qorvo、日本住友電工、中國蘇州能訊等均以IDM模式運營。
近年來隨著產品和市場的多樣化,開始呈現設計業與製造業分工的合作模式。
尤其在GaN電力電子器件市場,由於中國台灣地區的台積電公司和世界先進公司開放了代工產能,美國Transphorm、EPC、Navitas、加拿大GaN Systems等設計企業開始涌現。
在射頻器件領域,目前LDMOS(橫向擴散金屬氧化物半導體)、GaAs(砷化鎵)、GaN(氮化鎵)三者佔比相差不大,但據Yoledevelopment預測,至2025年,砷化鎵市場份額基本維持不變的情況下,氮化鎵有望替代大部分LDMOS份額,占據射頻器件市場約50%的份額。
GaAs晶元已廣泛應用於手機/WiFi等消費品電子領域,GaN PA具有最高功率、增益和效率,但成本相對較高、工藝成熟度略低,目前在近距離信號傳輸和軍工電子方面應用較多。
經過多年的發展,國內擁有昂瑞微、華為海思、紫光展銳、卓勝微、唯捷創芯等20多家射頻有源器件供應商。
根據2019年底昂瑞微董事長發表的題為《全球5G射頻前端發展趨勢和中國公司的應對之策》的報告顯示,截至報告日,國內廠家在2G/3G市場佔有率高達95%;在4G方面有30%的佔有率,產品以中低端為主,銷售額佔比僅有10%。
目前我國半導體領域為中美 科技 等領域摩擦中的卡脖子方向,是中國 科技 崛起不可迴避的環節,產業鏈高自主、高可控仍是未來的重點方向。第三代半導體相對硅基半導體偏低投入、較小差距有望得到重點支持,並具備彎道超車的可能。
② 出貨量突破3億顆,英諾賽科GaN技術成就新里程碑
英諾賽科在2023年8月成功突破3億顆氮化鎵晶元的出貨量,展現出了其在半導體領域的卓越實力。自2022年12月突破1億顆,至2023年Q1再突破5000萬顆,英諾賽科的出貨量僅用不到半年時間就翻了一番,顯示出強勁的增長勢頭和市場競爭力。該公司的GaN晶元產品廣泛應用於消費類電子產品(如快充、手機、LED)、汽車激光雷達、數據中心、新能源與儲能等多個領域,為客戶提供小體積、高能效、低損耗的產品解決方案。
氮化鎵,作為第三代半導體材料的代表,具有高擊穿電場、高熱導率、高電子遷移率、高工作溫度等顯著優勢。相較於硅基器件,氮化鎵器件能夠在更高溫、更高頻率、更大功率及抗輻射條件下工作,廣泛應用於射頻通信、雷達、衛星、電源管理、汽車電子、工業電力電子等高要求領域。
英諾賽科自2017年開啟全球首條8英寸硅基氮化鎵量產線,採用IDM模式,成功研發並量產了8英寸硅基氮化鎵晶圓。2018年,英諾賽科推出全球首款低壓氮化鎵功率器件,並於2019年通過JEDEC認證,成為全球唯一同時量產高壓和低壓氮化鎵的半導體公司。2021年,英諾賽科推出全球首款應用於高壓側負載開關、智能手機USB/無線充電埠內置OVP保護、多電源系統中的開關電路等場景的GaN晶元,並在2022年研發的INN100W032A榮獲IIC全球電子成就獎,產品已廣泛應用於電機驅動、Class D、數據中心、motor driver、通信基站等領域。
英諾賽科作為IDM廠商,在氮化鎵技術的積累和應用上展現出卓越的創新能力和市場適應性。從消費電子到工業電源、汽車電子,英諾賽科的產品涵蓋了晶圓、分立器件、合封晶元三大品類,滿足了不同應用場景的需求。在消費電子領域,氮化鎵技術的應用從快充市場逐步擴展至手機內部充電保護,甚至深入到手機內部電源開關領域,為市場帶來了高效能、小體積、低發熱的產品解決方案。
在汽車應用和工業電源領域,英諾賽科成功布局了激光雷達和工業電源市場,通過技術創新實現了大規模量產。隨著能源危機和綠色低碳發展趨勢的影響,工業市場對高效、節能產品的需求日益增長,氮化鎵技術成為了關鍵的降本增效手段。在汽車電氣化的大背景下,英諾賽科通過IATF 16949車規級認證,將氮化鎵技術應用至自動駕駛汽車的激光雷達系統中,引領了行業的發展趨勢。
英諾賽科通過持續的技術創新和市場拓展,不僅在消費電子領域取得了顯著進展,還成功進入工業電源、汽車電子等多個領域,為半導體產業帶來了全新的機遇和前景。憑借先進的研發製造平台和IDM模式的優越性,英諾賽科將推動行業邁入氮化鎵技術發展的新賽道,為市場提供高效、節能、可靠的產品與解決方案。