GaN 與 SiC 同屬於第三代半導體材料, GaN 功率器件是後進者. 自 20 世紀初以來 GaN 功率器件已經逐步商業化, 2010 第一個 GaN 功率器件由 IR 投入市場, 2014 以後 600V GaN HEMT 已經成為 GaN 器件主流.
GaN 電子飽和漂移速率最高適合高頻率應用, 高壓高功率則不如 SiC. 隨著成本的下降 GaN 有望在中低功率領域替代傳統矽基. 電壓 0~300V是 Si 材料占優勢, 600V 以上是 SiC, 300V~600V 則是 GaN 占優勢.
Yole 認為 5G 網絡將推動 GaN 市場的發展, 到 2023 射頻 GaN 的市場規模將大幅擴張 3.4 倍達 13 億美元, 2017~2023的 CAGR為 22.9%. Yole 市場分析師 Zhen Zong 認為 GaN 射頻技術獲得業界認可已成為主流.
GaN 的開關功率器件的導通電阻比 Si 低 3 個數量級, 大大降低了開關的導通損耗. GaN 開關器件寄生電容小, 工作效率可以提升至少 20 倍, 同時減小設備體積. GaN 器件可以工作在 800 °C 以上的工作環境.
GaN 電子飽和漂移速率最高適合高頻率應用, 高壓高功率則不如 SiC. 隨著成本的下降 GaN 有望在中低功率領域替代傳統矽基. 電壓 0~300V是 Si 材料占優勢, 600V 以上是 SiC, 300V~600V 則是 GaN 占優勢.
Yole 認為 5G 網絡將推動 GaN 市場的發展, 到 2023 射頻 GaN 的市場規模將大幅擴張 3.4 倍達 13 億美元, 2017~2023的 CAGR為 22.9%. Yole 市場分析師 Zhen Zong 認為 GaN 射頻技術獲得業界認可已成為主流.
GaN 的開關功率器件的導通電阻比 Si 低 3 個數量級, 大大降低了開關的導通損耗. GaN 開關器件寄生電容小, 工作效率可以提升至少 20 倍, 同時減小設備體積. GaN 器件可以工作在 800 °C 以上的工作環境.
GaN 與 SiC 產業鏈類似, 產業鏈各環節依次為單晶襯底 (或 SiC/藍寶石/Si)→材料外延→器件設計→器件制造. 目前產業以 IDM (歐美) 為主, 但設計與制造環節已經開始出現分工, 台積電開始提供 GaN 制程代工服務.
GaN 襯底日本住友電工市場份額達到 90% 以上. 外延片根據襯底的不同可分為 GaN-on-Si (主要用於功率元件), GaN-on-SiC (主要用於微波射頻), GaN-on-sapphire (主要用於 LED), GaN-on-GaN (主要用於雷射) 四種.
射頻市場主要有三種工藝: GaAs, Si (LDMOS) 及 GaN. GaAs 的缺點是器件功率較低, Si 的缺點是工作頻率存在極限. GaN 彌補了 GaAs 和 Si 兩種老式技術之間的缺陷, 同時具備高頻性能與高功率處理能力.
5G 將帶來半導體材料革命性的變化, 隨著通訊頻段向高頻遷移, 基站和通信設備需要支持高頻性能的射頻器件, GaN 的優勢將逐步凸顯, GaN 將成為 5G 的關鍵技術. 同時有效減少收發通道數及整體方案的尺寸.
去年 Navitas 和 Exagan 推出了 GaN 解決方案的 45W 快速充電器, 此 45W 充電器與 Apple USB-C 充電器相比功率相差不大, 但體積減少 40%. 採用 GaN 材料的快速充電器已成星火燎原之勢, 有望成為行業主流.
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