芝能智芯出品

采用 GaN（氮化镓）和 SiC（碳化硅）组合的电力电子技术正在成为推动电气化驱动的重要趋势。

虽然硅（Si）在电力半导体领域长期占据主导地位，但其物理性能的限制已无法满足现代电动汽车（EV）和数据中心等高性能应用的需求。

GaN 和 SiC 通过其独特的材料特性，在提高效率、降低损耗以及实现更高功率密度方面展现出巨大的潜力。然而，这两种材料各有优缺点，互补性促使业界探索复合应用的可能性。

我们从技术差异、创新趋势及商业目标等角度，对 GaN 和 SiC 在电气化驱动中的应用进行深度分析。

Part 1

GaN 和 SiC 的差异

及复合使用的驱动因素● 材料特性与应用差异

GaN 和 SiC 都具有比传统硅更大的带隙和击穿电压。

◎ SiC 可实现更高电压应用（例如 1.2 千伏以上），因此适用于高功率设备如电动汽车逆变器。

◎ 而 GaN 具有较高的电子迁移率，能在低电压应用（如 200 伏以内的消费电子产品）中实现更高的开关速度和效率。

均在提高器件性能方面占据重要地位，但各自在特定条件下受到材料缺陷的限制，例如 GaN 的横向器件设计和 SiC 的基面位错问题。

● 复合使用的优势与技术创新

复合应用 GaN 和 SiC 是近年来业界应对高性能需求的创新方向。通过技术创新如横向 GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）与垂直 SiC 晶体管的结合，能够在低电压快速切换和高电压高稳定性之间取得平衡。

例如，帕多瓦大学的研究团队通过面向面键合技术，将 GaN 的快速开关特性与 SiC 的高电压处理能力集成到单一系统中，复合设计可以显著减少寄生电感，提高系统效率。

这种在 GaN 和 SiC 领域的快速发展与变革主要由以下核心要素驱动。● 首先，市场对电源管理系统在功率密度、效率和电压处理能力等方面的要求不断提升，尤其是电动汽车、数据中心等行业的蓬勃发展，迫切需要性能更优的功率器件。

● 其次，材料科学与半导体制造技术的不断进步为研究和优化 GaN、SiC 材料及相关器件提供了技术支撑，使得对其缺陷的研究和改进措施得以实施。

● 再者，企业间的竞争促使各厂商不断探索新的材料组合与技术创新，以在快速增长的电气化驱动市场中占据有利地位。

◎ 性能需求：现代电动汽车和数据中心对效率、功率密度和稳定性的要求推动了 GaN 和 SiC 的组合应用。

◎ 制造成本与工艺优化：通过在硅基底上生长 GaN 或 SiC，并引入缓冲层或复合增强层，行业正在努力降低材料缺陷并提高性能。

◎ 集成能力的提升：技术方案如层转移和混合互连，使 GaN 和 SiC 能够在单一封装中协同工作，同时保持与现有 CMOS 工具链的兼容性。

复合应用代表了电力电子领域朝向高集成度、高效率和多功能性发展的趋势。尤其是在全球对碳中和的需求下，GaN 和 SiC 的联合开发将进一步推动电气化进程，改善能源使用效率。

Part 2

不同使用战略意图及行业影响

对于涉足 GaN 和 SiC 复合器件研发与生产的公司而言，其目的主要在于满足市场对高性能功率器件日益增长的需求，从而获取商业竞争优势。

通过开发基于 GaN 和 SiC 复合技术的产品，能够针对不同电压等级和应用场景提供定制化的解决方案，如在电动汽车领域提高动力系统效率、减少能量损耗，在数据中心领域提升电源供应的稳定性和能效。

这有助于公司拓展市场份额，与传统硅基功率器件厂商形成差异化竞争，并在新兴的高性能功率器件市场中建立品牌影响力和技术壁垒。

● 选择结合 GaN 和 SiC 技术，旨在满足日益复杂的功率控制需求，并引领电力电子行业的转型。以下是其主要目标：

◎ 提升性能边界：通过采用 GaN 和 SiC 的最佳特性，公司致力于为电动汽车、数据中心和工业自动化等领域提供超高效、超高功率密度的解决方案。

◎ 优化成本结构：尽管 GaN 和 SiC 的原材料和制造成本较高，但通过技术创新降低缓冲层厚度、改进晶圆应力管理等措施，公司力求实现经济性与高性能的平衡。

◎ 占领市场先机：芝能智芯意图通过推出领先的复合功率器件，在高增长市场中抢占竞争优势，尤其是在汽车电气化和可再生能源应用领域。

我们可以预期在 GaN 和 SiC 技术领域将继续出现多方面的改变。在材料生长方面，随着对缺陷形成机制研究的深入，有望开发出更高效、更低成本的衬底生长技术，进一步减少位错和缺陷对器件性能的影响，提高晶体质量。

● 在器件结构设计上，会有更多创新的复合结构出现，例如在层转移技术基础上进一步优化不同材料层之间的连接与协同工作方式，降低寄生参数，提高整体性能。

随着工艺技术的成熟，大规模生产的成本将逐渐降低，使得 GaN 和 SiC 复合器件能够更广泛地应用于中低端市场，而不仅仅局限于高端、高性能需求场景。

◎ 推动标准化与生态构建：芝能智芯通过创新材料和器件技术，或将加速复合功率器件的行业标准化进程，为上下游企业提供清晰的发展方向。

◎ 助力产业链升级：GaN 和 SiC 的联合开发可促进新型晶圆、设备与封装技术的发展，带动整个半导体产业链升级。

◎ 降低环境影响：更高效的功率器件意味着能耗的显著降低，这符合全球低碳经济的要求，同时也为芝能智芯开拓绿色能源市场奠定基础。

● 从市场角度来看，我们期待 GaN 和 SiC 复合器件能够推动整个电气化驱动行业的技术升级。

◎ 在电动汽车行业，这将有助于延长车辆续航里程、缩短充电时间并提高整车性能可靠性；

◎ 在数据中心领域，可实现更高效的电源管理，降低运营成本并提高服务器运行稳定性。

◎ 智能家居、工业自动化等领域也将受益于更高效、更小型化的功率器件，实现智能化设备的性能提升与能耗降低。

● 对于投资者而言，GaN 和 SiC 相关产业具有巨大的增长潜力，有望在未来成为半导体行业的重要增长点；

● 对于研究人员来说，该领域仍存在诸多基础科学问题有待探索，如进一步深入研究载流子行为、缺陷对长期可靠性的影响等，这将持续推动材料科学与半导体技术的前沿研究发展。

◎ 突破性进展：随着晶圆制造技术的提升，GaN 和 SiC 的缺陷率将进一步降低，其复合器件的成本和性能曲线有望持续优化。

◎ 市场扩展：从当前的电动汽车与数据中心市场，逐步拓展至储能系统、航空航天及国防等高端应用领域。

◎ 生态圈建设：芝能智芯或将加大与国际技术伙伴和高校研究机构的合作，以加速技术迭代并扩大行业影响力。

小结

GaN 和 SiC 的联合应用展示了电力电子技术的广阔前景，整合这两种材料的优势，不仅为行业提供了全新的解决方案，随着技术成熟度和市场需求的进一步提升，这种方法引领功率半导体领域的全新生态。

       原文标题 : GaN 与 SiC 在电气化驱动应用中的差异和未来趋势