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GaN和SiC功率半導(dǎo)體市場格局的變化

已有34321次閱讀2020-07-30標(biāo)簽:
 到2021年，由于混合動力和電動汽車，電源和光伏（PV）逆變器的需求，新興的碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）功率半導(dǎo)體市場預(yù)計將突破10億美元。
 
根據(jù)Omdia的《 2020年SiC和GaN功率半導(dǎo)體報告》，到2020年底，全球SiC和GaN功率半導(dǎo)體的銷售收入預(yù)計將從2018年的5.71億美元增至8.54億美元。未來十年的年均兩位數(shù)增長率，到2029年將超過50億美元。
 
這些長期的市場預(yù)測總額比本報告的去年版本低約10億美元。這是因為自2018年以來，幾乎所有應(yīng)用的需求都在放緩。此外，設(shè)備平均價格在2019年有所下降。請注意：用于創(chuàng)建本年度預(yù)測的設(shè)備預(yù)測始于2019年，沒有考慮到COVID-19大流行的影響。

圖1：GaN和SiC功率半導(dǎo)體的全球市場收入預(yù)測（百萬美元）
 
SiC肖特基二極管已經(jīng)投放市場十多年了，近年來出現(xiàn)了SiC金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（SiC MOSFET）和結(jié)柵場效應(yīng)晶體管（SiC JFET）。SiC功率模塊也越來越多，包括混合SiC模塊（包含帶有Si絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的SiC二極管）和包含SiC MOSFET（帶有或不帶有SiC二極管）的全SiC模塊。
 
事實證明，SiC MOSFET在制造商中非常受歡迎，已經(jīng)有多家公司提供了它們。有幾個因素導(dǎo)致平均價格在2019年下降，包括推出定價與硅超結(jié)MOSFET競爭的650、700和900伏（V）SiC MOSFET，以及供應(yīng)商之間的競爭加劇。
 
Omdia功率半導(dǎo)體高級首席分析師Richard Eden說：“價格下跌最終將促使SiC MOSFET技術(shù)更快地采用。相比之下，GaN功率晶體管和GaN系統(tǒng)IC只是最近才出現(xiàn)在市場上。GaN是一種寬帶隙材料，具有與SiC類似的性能優(yōu)勢，但具有更高的降低成本的潛力。這些價格和性能優(yōu)勢是可能的，因為GaN功率器件可以在硅或藍(lán)寶石襯底上生長，而后者比SiC便宜。盡管現(xiàn)在可以提供GaN晶體管，但預(yù)計Power Integrations，Texas Instruments和Navitas Semiconductor等公司的GaN系統(tǒng)IC的銷售將以更快的速度增長。”

SiC和GaN功率半導(dǎo)體市場趨勢

 

到2020年底，SiC MOSFET預(yù)計將產(chǎn)生約3.2億美元的收入，與肖特基二極管的收入相當(dāng)。從2021年起，SiC MOSFET將以稍快的速度增長，成為最暢銷的分立SiC功率器件。同時，盡管實現(xiàn)了良好的可靠性，價格和性能，但每個SiC JFET的收入預(yù)計都將比SiC MOSFET小得多。
 
Eden說：“最終用戶非常喜歡常關(guān)型SiC MOSFET，因此SiC JFET似乎仍會保持特殊的利基產(chǎn)品。然而，盡管活躍的供應(yīng)商很少，但SiC JFET的銷售預(yù)計仍將以驚人的速度增長。”
 
混合SiC功率模塊結(jié)合了Si IGBT和SIC二極管，預(yù)計在2019年將產(chǎn)生約7,200萬美元的銷售額，而完整SiC功率模塊將在2019年產(chǎn)生約5,000萬美元。完整SiC功率模塊預(yù)計將達(dá)到850美元以上。到2029年將達(dá)到100萬美元的收入，因為它們將首選用于混合動力和電動汽車動力總成逆變器。相比之下，混合SiC功率模塊將主要用于光伏（PV）逆變器，不間斷電源系統(tǒng)和其他工業(yè)應(yīng)用中，其增長率要慢得多。

自2019年以來發(fā)生了什么變化？

 

現(xiàn)在，SiC和GaN功率器件都有數(shù)萬億小時的器件現(xiàn)場經(jīng)驗。供應(yīng)商，甚至是新進(jìn)入市場的供應(yīng)商，都通過獲得JEDEC和AEC-Q101認(rèn)證來證明這一點。SiC和GaN器件似乎沒有任何意外的可靠性問題。實際上，它們通�？雌饋肀裙韪�。
 
SiC MOSFET和SiC JFET的工作電壓較低，例如650V，800V和900V，從而使SiC在性能和價格上都可以與Si超結(jié)MOSFET競爭。
 
內(nèi)部帶有GaN晶體管和GaN系統(tǒng)IC的最終產(chǎn)品正在量產(chǎn)，尤其是USB C型電源適配器和充電器，可為手機(jī)和筆記本電腦快速充電。同樣，許多GaN器件由鑄造服務(wù)提供商制造，可以在標(biāo)準(zhǔn)硅晶圓上提供內(nèi)部GaN外延晶體的生長，并且隨著產(chǎn)量的增加，可能會無限擴(kuò)大產(chǎn)能。
 

不斷發(fā)展的GaN和SiC功率半導(dǎo)體市場格局

 

SiC和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，預(yù)計到2021年，收入將超過10億美元，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)在已經(jīng)被大型，成熟的硅功率半導(dǎo)體制造商吞并了，” Omdia功率半導(dǎo)體高級首席分析師Richard Eden說。
 
在2016至2019年期間，知名企業(yè)Littelfuse收購了SiC初創(chuàng)企業(yè)Monolith Semiconductor，然后收購了知名公司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。后來，Microchip Corporation收購了Microsemi，從而為其提供了一系列SiC產(chǎn)品。此外，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，PanJit International，東芝和WeEn半導(dǎo)體。
 
諸如EPC，GaN系統(tǒng)，Transphorm和VisIC之類的GaN市場初創(chuàng)企業(yè)中的早期參與者仍在發(fā)展，并且與成熟的硅功率半導(dǎo)體制造商結(jié)成聯(lián)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初創(chuàng)公司的原因之一可能是鑄造服務(wù)提供商的出現(xiàn)，它們完善了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。
 
在過去的12個月中，并購（M＆A）有所減少。SiC功率半導(dǎo)體行業(yè)出現(xiàn)了兩項并購發(fā)展，都涉及SiC晶圓供應(yīng)商：意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）收購瑞典Norstel，以及SK Siltron收購杜邦（DuPont）的SiC晶圓業(yè)務(wù)，前稱陶氏化學(xué)（Dow Chemicals）。值得一提的是，Global Power Technologies Group在2019年末更名為SemiQ。
 
在GaN功率半導(dǎo)體行業(yè)，意法半導(dǎo)體今年初收購了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。進(jìn)入GaN功率半導(dǎo)體行業(yè)的新進(jìn)入者包括Power Integrations（已經(jīng)以隱形模式進(jìn)行生產(chǎn)），NexGen Power Systems，Odyssey Semiconductor和Tagore Technology。
 
英飛凌科技已與Alpha＆Omega Semiconductor攜手加入，以量產(chǎn)形式提供Si，SiC和GaN功率半導(dǎo)體。安森美半導(dǎo)體非常接近加入這個獨家俱樂部，因為其氮化鎵產(chǎn)品開發(fā)即將完成。瑞薩電子，羅姆半導(dǎo)體，意法半導(dǎo)體和東芝電子也都被認(rèn)為也加入了這一獨家俱樂部。

圖2
 

基板晶圓市場

 

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)張計劃，但晶圓價格下降得不夠快。但是，對市場領(lǐng)導(dǎo)者的競爭不足。值得注意的是，Cree（Wolfspeed）已宣布與Infineon Technologies，STMicroelectronics和ON Semiconductor等設(shè)備生產(chǎn)商以及與Delphi Technologies，Volkswagen Group和ZF Friedrichshafen AG等汽車供應(yīng)商的幾項長期供應(yīng)協(xié)議。除了與Cree（Wolfspeed）的協(xié)議外，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，并直接收購了晶圓供應(yīng)商N(yùn)orstel Sweden。
 
在GaN基板晶圓供應(yīng)市場中，2019年最大的驚喜是Power Integrations在藍(lán)寶石GaN基板上仍處于隱身模式下生產(chǎn)GaN系統(tǒng)IC。Power Integrations于2010年收購了Velox Semiconductor，并利用其藍(lán)寶石上的GaN研究和專有技術(shù)來創(chuàng)建其“ PowiGaN”技術(shù)。該公司通過在其第三代集成式InnoSwitch器件中將GaN開關(guān)與硅驅(qū)動器和保護(hù)IC共同封裝，向競爭對手采取了不同的方法。塊狀GaN（或獨立式GaN或GaN-on-GaN）晶片很小且非常昂貴，但是隨著新的中國供應(yīng)商出現(xiàn)，包括ETA Research，Sino Nitride和Nanowin的價格下降。NexGen Power Systems和Odyssey Semiconductor等獨立式GaN晶圓上的溝槽器件的新開發(fā)商已經(jīng)出現(xiàn)。
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