GaN和SiC功率半導(dǎo)體市場發(fā)展趨勢

1. 引言

碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）功率半導(dǎo)體的新興市場正在從以創(chuàng)業(yè)為主導(dǎo)的業(yè)務(wù)迅速發(fā)展為以大型功率半導(dǎo)體制造商為主導(dǎo)的業(yè)務(wù)。

根據(jù)Omdia的SiC＆GaN Power的數(shù)據(jù)，隨著市場規(guī)模達(dá)到臨界規(guī)模，這一轉(zhuǎn)變即將到來。到2024年，收入預(yù)計(jì)將超過20億美元，這得益于混合動力和電動汽車、電源和光伏（PV）逆變器的需求。

“ SiC和GaN功率半導(dǎo)體行業(yè)的起源都是熱心的小型初創(chuàng)公司，其中許多現(xiàn)已經(jīng)被大型、成熟的硅功率半導(dǎo)體制造商吞并，”功率半導(dǎo)體高級首席分析師Richard Eden說。

圖1  GaN功率半導(dǎo)體芯片

2. GaN和SiC功率半導(dǎo)體市場發(fā)展趨勢

過去幾年間，知名企業(yè)Littelfuse收購了SiC初創(chuàng)企業(yè)Monolith Semiconductor，后又收購了知名企業(yè)IXYS Semiconductor。安森美半導(dǎo)體與先前收購瑞典初創(chuàng)公司TranSiC的Fairchild合并，進(jìn)入SiC市場。隨后，Microchip Corporation收購了Microsemi，為其提供了一系列SiC產(chǎn)品。在此期間，一些新的制造商進(jìn)入了SiC市場，例如ABB半導(dǎo)體、CRRC時代半導(dǎo)體、泰科天潤、華潤微、比亞迪、PanJit International、東芝和WeEn半導(dǎo)體。

諸如EPC、GaN系統(tǒng)、Transphorm和VisIC這些GaN市場初創(chuàng)企業(yè)的早期參與者仍在發(fā)展中，并與成熟的硅功率半導(dǎo)體制造商結(jié)成連盟，例如Transphorm與Fujitsu，GaN Systems和ROHM Semiconductor之間的聯(lián)系。硅功率半導(dǎo)體制造商很少收購原始創(chuàng)業(yè)公司的原因之一可能是代工服務(wù)提供商的出現(xiàn)，他們完善了GaN-on-Si外延片和器件的生產(chǎn)，建立了可行的無晶圓廠GaN制造商市場。

圖2  SiC半導(dǎo)體功率芯片

第三代半導(dǎo)體行業(yè)出現(xiàn)了多項(xiàng)并購交易，涉及SiC晶圓供應(yīng)商：意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）收購瑞典Norstel，SK Siltron收購杜邦（DuPont）的SiC晶圓業(yè)務(wù)，其前身為陶氏化學(xué)（Dow Chemicals）。值得一提的是，Global Power Technologies Group在2019年末更名為SemiQ。意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）收購了Exagan的多數(shù)股權(quán)，目的是在將來的某個時候完成全面收購。GaN功率半導(dǎo)體行業(yè)的新進(jìn)入者包括Power Integrations（在隱身模式下已經(jīng)投入生產(chǎn)）、NexGen Power Systems、Odyssey Semiconductor和Tagore Technology。安森美半導(dǎo)體、瑞薩電子、羅姆半導(dǎo)體、意法半導(dǎo)體和東芝電子也均已加入這一獨(dú)家俱樂部。

圖3  GaN和SiC功率半導(dǎo)體市場發(fā)展趨勢

3. 襯底晶圓市場

SiC襯底晶圓供應(yīng)市場正在緩慢增長，許多領(lǐng)先企業(yè)宣布了產(chǎn)能擴(kuò)張計(jì)劃，但晶圓價格下降得不夠快，市場領(lǐng)導(dǎo)者沒有足夠的競爭。值得注意的是，Cree（Wolfspeed）宣布與Infineon Technologies，STMicroelectronics和ON Semiconductor等設(shè)備制造商以及與Delphi Technologies，Volkswagen Group和ZF Friedrichshafen AG等汽車供應(yīng)商達(dá)成多項(xiàng)長期供應(yīng)協(xié)議。除了與Cree（Wolfspeed）的協(xié)議，意法半導(dǎo)體還透露了與ROHM Semiconductor旗下的SiCrystal的長期供應(yīng)協(xié)議，并直接收購了晶片供應(yīng)商N(yùn)orstel Sweden。

在GaN襯底晶圓供應(yīng)市場中，Power Integrations在仍處于隱形模式的情況下在藍(lán)寶石襯底上生產(chǎn)GaN系統(tǒng)IC。Power Integrations于2010年收購了Velox Semiconductor，利用其藍(lán)寶石上的GaN研究和專有技術(shù)創(chuàng)建了“PowiGaN”技術(shù)。該公司采取了與競爭對手不同的方法，在其第三代集成式InnoSwitch器件中將GaN開關(guān)與硅驅(qū)動器和保護(hù)IC共同封裝。塊狀GaN（或獨(dú)立式GaN或GaN-on-GaN）晶片很小且非常昂貴，但隨著新的中國供應(yīng)商的出現(xiàn)（包括ETA Research、Sino Nitride和Nanowin），價格正在下降。NexGen Power Systems和Odyssey Semiconductor等獨(dú)立式GaN晶圓上的溝槽器件的新開發(fā)商已經(jīng)出現(xiàn)，但設(shè)備需要很多年才能普及。

圖4  GaN無線功率放大器

4. 總結(jié)

綜上所述，可以看出GaN和SiC功率半導(dǎo)體市場發(fā)展趨勢是創(chuàng)業(yè)公司和公司合并浪潮并行，更多的投入將引領(lǐng)GaN和SiC功率半導(dǎo)體市場向著更加成熟的方向發(fā)展。