據(jù)Yole統(tǒng)計，多家 SiC 廠商宣布了未來幾年擴大產(chǎn)能以滿足終端系統(tǒng)（尤其是汽車）需求的計劃。意法半導體、安森美、英飛凌、Wolfspeed 和 ROHM 等領(lǐng)先的設(shè)備廠商都在不同地點建設(shè)工廠。最近一個季度，廠商的投資情況有所更新。
在 SiC 晶圓和外延片層面，大規(guī)模產(chǎn)能擴張使 2023 年實現(xiàn)了強勁增長，尤其是在中國。然而，這也導致 SiC 材料產(chǎn)能過剩。此外，8 英寸 SiC 平臺推動了技術(shù)的擴展，從而顯著降低了成本。
自 2022 年開業(yè)以來，Wolfspeed 的 MHV 晶圓廠一直在持續(xù)增產(chǎn)。更多設(shè)備制造商計劃在 H2-24 開始批量出貨。鑒于電動汽車市場放緩，SiC 市場在 2024 年將面臨較低的增長。供應鏈在 2024 年上半年正在去庫存，等待 2025 年實現(xiàn)更強勁的增長。在此監(jiān)測中，我們根據(jù)當前技術(shù)和市場趨勢提供了情景分析，以及我們對未來五年的預測。
關(guān)于功率 GaN 市場，英飛凌科技以 8.3 億美元收購 GaN Systems 是迄今為止該行業(yè)最大的交易。去年的另一則重要新聞是瑞薩電子以 3.39 億美元收購 Transphorm，預計該交易將于 2024 年完成。該行業(yè)正在整合，預計將轉(zhuǎn)變?yōu)橛?IDM 商業(yè)模式主導的生態(tài)系統(tǒng)。預計還會有其他并購，新參與者可能會以不同的背景和策略進入功率 GaN 市場。
總體而言，到 2029 年，功率 GaN 市場將以 44% 的復合年增長率增長超過 22.5 億美元23-29，吸引越來越多的關(guān)注。在過去六個月中，該行業(yè)已宣布超過 16 億美元的投資，包括并購和其他融資。
在不同的驅(qū)動因素下，SiC 和 GaN 繼續(xù)保持著自 2018-2019 年開始的快速增長勢頭。最初，顛覆性汽車制造商特斯拉在其逆變器中采用了 SiC。但現(xiàn)在，另一個趨勢正在重塑電動汽車 (EV) 市場，即快速 800V 電動汽車充電，從而縮短充電時間。SiC 是推動因素，具有良好的性能和不斷發(fā)展的供應鏈。
截至 2023 年，包括比亞迪的漢和現(xiàn)代的 Ioniq5 在內(nèi)的使用 SiC 的大批量電動汽車正在出貨。意法半導體、安森美、英飛凌、Wolfspeed 和 ROHM 等領(lǐng)先的設(shè)備制造商在 2023 年再次創(chuàng)造了創(chuàng)紀錄的收入。它們將在 2023-2025 年期間分別實現(xiàn) 10 億美元的 SiC 收入，到 2029 年整個市場將超過 100 億美元。除了汽車之外，工業(yè)、能源和鐵路應用現(xiàn)在也提供了額外的增長動力。產(chǎn)能建設(shè)、業(yè)務整合和新的商業(yè)模式將在未來幾年將 SiC 提升到另一個層次。
與此同時，消費應用仍然是推動 Power GaN 市場增長的主要動力。最近的趨勢包括充電器功率容量提高至 300W，以及家用電器電源和電機驅(qū)動器帶來更高的效率和緊湊性。除了消費領(lǐng)域，我們預計 Power GaN 還有兩個額外的增長催化劑：汽車和數(shù)據(jù)中心應用，到 2029 年，這兩個應用有望將設(shè)備市場規(guī)模提升至 24.5 億美元以上。
SiC 和 GaN，有何不同？
半導體的歷史可以追溯到1950年左右點接觸晶體管的出現(xiàn)。當時，半導體產(chǎn)品的主要材料是鍺，但后來，特性更優(yōu)越的硅取代了鍺，并一直被廣泛使用至今。
隨著半導體制造設(shè)備的精度提高、器件結(jié)構(gòu)和晶圓工藝的優(yōu)化，硅半導體產(chǎn)品也隨著時間的推移而不斷發(fā)展。這為我們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮赢a(chǎn)品的小型化和高性能化做出了巨大貢獻。
另一方面，特別是在功率半導體領(lǐng)域，使用物理特性值大大超過硅基半導體的化合物半導體的元件開發(fā)和實際應用取得了進展。
從上述背景來看，SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）等材料最近受到越來越多的關(guān)注。
硅是單一化學物質(zhì)，而SiC是碳和硅的化合物，GaN是鎵和氮的化合物。因此，使用這些化合物生產(chǎn)的半導體被稱為“化合物半導體”。
此外，SiC和GaN的帶隙比硅更寬（Si：1.1 eV，SiC：3.3 eV，GaN：3.4 eV），因此它們也被稱為“寬帶隙半導體”。
寬帶隙半導體的特點是介電擊穿場強高，因此可以實現(xiàn)與硅相同的擊穿電壓，而耐壓層比硅的耐壓層薄得多。
這些半導體被寄予厚望，有望成為引領(lǐng)下一代半導體的角色，有時也被稱為“下一代功率半導體”。
與硅相比，SiC 和 GaN 不僅作為寬帶隙半導體，而且作為材料本身，在性能系數(shù) (εμeEc3) 方面也表現(xiàn)出了出色的性能水平：SiC 大 440 倍，GaN 大 1130 倍。
為了充分利用這些材料，周邊技術(shù)目前正在進一步開發(fā)中。用 SiC 或 GaN 基化合物半導體取代傳統(tǒng)的硅基半導體將使電子設(shè)備更加緊湊和高效。
近年來，半導體材料中使用的 SiC 晶片基板質(zhì)量的提高導致了更大直徑晶片的使用。因此，大電流和低成本的設(shè)備已經(jīng)推出并開始在許多設(shè)備中采用。
但是，GaN 晶片基板仍然很昂貴，因此通常采用具有水平結(jié)構(gòu)并在其上形成 GaN 有源層的低成本硅晶片基板。這使得制造大電流產(chǎn)品變得困難；然而，GaN 已越來越多地用于需要通過工藝小型化實現(xiàn)極快開關(guān)操作的應用中。
SiC 是一種用碳取代硅一半的化合物。碳和硅緊密結(jié)合，其晶體結(jié)構(gòu)比單晶硅更穩(wěn)定。因此，SiC 具有較高的介電擊穿場強，從而使有源層非常薄。這使得器件的擊穿電壓比傳統(tǒng)的硅器件更高，損耗更低。SiC器件作為硅 IGBT 的替代品，在大電流和高耐壓領(lǐng)域越來越受歡迎。
具體來說，它們有望在 10kW 或更大的領(lǐng)域得到擴展，在制造更小更輕的系統(tǒng)方面具有很大的優(yōu)勢，包括發(fā)電系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)器、電動家庭的 HEMS 和電動汽車 (EV)。
GaN具有比SiC更穩(wěn)定的鍵結(jié)構(gòu)和更高的介電擊穿場強。
目前，GaN器件通常由在硅基板上形成的GaN有源層組成。因此，GaN器件的擊穿電壓不能像SiC器件那樣高，但它們?nèi)匀贿m合高頻應用。在開關(guān)電源方面，通過讓它們以高頻切換，可以縮小電感器和其他外圍元件的尺寸。GaN器件有望應用于1kW或以下的電源，這些領(lǐng)域?qū)o湊設(shè)計的要求很高。
例如，GaN器件有望用作第五代移動通信系統(tǒng)（5G）基站的電源，其市場預計在未來幾年會擴大。USBPower Delivery（USB-PD）標準的建立還允許充電器通過USB電纜接收和提供高達100W的功率。因此，越來越多的充電器（用于智能手機、筆記本電腦等）已成為標準化的。
緊湊型智能手機充電器長期以來都是人們的首選產(chǎn)品，因此需要提供能夠快速充電并支持筆記本電腦等中型電子設(shè)備的充電器，而無需改變其現(xiàn)有尺寸。GaN 器件可以以最佳方式實現(xiàn)這種需求，并有可能在未來加速其在許多應用中的擴展。
