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氮化镓(GaN)是否会成为下一个市场追逐的风口?

快充产品领域:GaN材料应用范围广泛,最为人熟知的就是在快充产品领域。最初快充出现的时候还并不被大伙所看好,总感觉这么短时间内充满一块电池,担心电池爆炸。随着快充逐渐升级为超级快充,充电时间越来越短,对于电池安全的隐忧虽然没有彻底放下,但人们也越来越愿意接受。

氮化镓(GaN)是否会成为下一个市场追逐的风口?

(资料源自OFweek、东吴证券研究所)

新型的GaN快充与传统快充相比,由于GaN的材料特性能提供更高的能量转化效率,降低了功耗,减小了充电时的发热问题;GaN充电器拥有更大的功率密度,能够实现更快的充电速度;此外,GaN充电器功率器件的开关频率显著高于传统快充中的Si功率器件,因此可以实现体积更小的充电器产品设计。

5G射频领域:随着5G技术的爆发,相关产业对射频功率、功耗的要求进一步提升,GaN将逐渐取代Si材料。在相控阵雷达、电子对抗战、精确制导等军事化场景中,GaN的运用也越来越广泛。

市场研究和战略咨询公司Yole曾经表示,2018年GaN射频器件市场规模达到4.57亿美元,未来5年复合增长率超过23%。在整个射频应用市场,GaN器件的市场份额将逐渐提高。长期来看,在宏基站和回传领域,凭借高频高功率的性能优势,GaN将逐渐取代LDMOS和GaAs从而占据主导位。

电动汽车、光伏等功率半导体领域:目前电动汽车、光伏、智能电网等领域使用的IGBT是硅基材料,如果未来氮化镓技术取得突破,从而渗透进IGBT半导体领域,那么将进一步打开氮化镓市场的天花板。

照明领域:半导体照明是目前国内外非常受人瞩目的一种新型的高效、节能和环保光源,它将取代大部分传统光源,又被称为21世纪的能源革命.GaN能和NIn、NAl相互掺杂改变III族元素的比例,从而能使其发光波长覆盖从红光到紫外光的范围,由此达到更高效率、高亮度的光源方面的应用。

还存在哪些缺点?

虽然GaN相比于Si等材料更节能、更快,具备更好的恢复特性,但是仍然谈不上彻底取代。由于若干原因,GaN并不常用于晶体管中,因为GaN器件通常是耗尽型器件,当栅极 - 源极电压为零时它们会产生导通,这是一个问题。

其次,GaN器件极性太大,难以通过高掺杂来获得较好的金属-半导体的欧姆接触,这是GaN器件制造中的一个难题,现在最好的解决办法就是采用异质结,首先让禁带宽度逐渐过渡到较小一些,然后再采用高掺杂来实现欧姆接触,但这种工艺很复杂。

小结

欧美等国家正在持续加大第三代半导体领域研发支持力度,以GaN、SiC为首的第三代半导体材料被广泛应用是半导体以及下游电力电子、通讯等行业新一轮变革的突破口。

近年来,国内第三代半导体产业稳步发展,但在材料指标、器件性能等方面与国外先进水平仍存在一定差距,第三代半导体产业本土化、高端化的需求依然紧迫。

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