Yole对宽禁带半导体的应用与展望

翻译自——EEtimes

Power Electronics公司在采用宽禁带(WBG)器件(如GaN和SiC)方面取得了良好的进展。虽然硅仍然主导着市场，但氮化镓和碳化硅设备的出现将很快引导技术转向更有效的解决方案。Yole估计，到2025年，SiC设备的收入将占到市场10%以上，而GaN设备的收入将占到市场的2%以上。

SiC功率器件的主要供应商包括意法半导体、Cree/Wolfspeed、Rohm、英飞凌、安森美（ON Semiconductor）和三菱电机。对于GaN领域, Yole将Power Electronics和英飞凌作为主要参与者，以及Navitas半导体，Efficient Power Conversion (EPC)， GaN Systems和 Transphorm这些创新公司。

成本优化已促使许多公司开发全新的商业模式，这也是为了适当供应碳化硅基质。在2018年至2019年期间，意法半导体、英飞凌和ON Semi等公司与Cree和SiCrystal等主要SiC衬底供应商签署了多年衬底供应协议。在电力氮化镓行业，为了解决大容量市场，他们也与台湾积体电路制造公司(TSMC)、X-Fab或Episil Technologies等老牌晶圆厂合作。

EE Times采访了Yole Developpement的技术和市场分析师Ezgi Dogmus博士，以了解GaN和SiC目前赢得业务市场，以及它们最有可能被采用的行业。

EEtimes:贵公司如何评估GaN元件之间的竞争，特别是在汽车市场上?

根据应用和功率范围，有不同类型的GaN组件和技术解决方案。特别是在汽车市场，我们看到了低压(<100 V)和高压(>650 V)氮化镓技术从不同的参与者的发展和资格。低压GaN的目标是在轻度混合动力汽车中实现48- 12v的DC/DC转换，而650 v额定GaN的目标是在电动汽车中实现车载充电。

EETimes: 如今GaN和SiC在哪些行业采用的最多？

在我们的理解中，碳化硅动力装置的主要市场是电动/混合动力汽车，我们预计它将成为碳化硅市场增长的主要推动力。GaN设备最近进入了高端智能手机的高功率快速充电器领域，这个大容量的消费市场预计将主要满足未来五年GaN电源设备市场的增长。

EETimes: GaN/SiC的未来是什么?你认为未来在技术和销售方面有哪些重大机会?

在技术方面，SiC电源行业专注于提高更大直径SiC晶圆质量和电源模块的开发。在GaN领域，主要趋势是GaN设备集成-系统内包或系统片上解决方案。

您如何看待今天完整的SiC/GaN模块的发展状况?

在全SiC模块上已经有了重大的开发趋势，特别是在封装材料上，如模具附件和基材互连。厂商继续对全SiC模块进行创新，以获得更高可靠性和更高功率的模块。创新的嵌入式氮化镓器件已被开发，氮化镓模块的新设计预计在未来几年用于汽车应用。

Figure 1: Device revenue ($M) market share: SiC vs. GaN vs. Si. 

EETimes:为什么现在是WBG半导体公司很吃香?

在我们的理解中，像SiC和GaN这样的WBG已经达到了一个巨大的里程碑。它们已经在设计上取得了成功，并开始被汽车和智能手机消费者快速充电器等新兴市场领域所采用。几乎所有领先的硅功率器件制造商都加入了GaN或SiC功率市场。更高的设备和系统性能、更高的效率、更小的外形因素和更低的系统成本是各大玩家所看重的。

图2:功率SiC设备市场动态。

EEtimes:投资方向在哪儿?

在日益繁荣的碳化硅能源市场，最近的主要重点是在基板方面。例如，意法半导体在2019年以1.375亿美元收购了SiC供应商Norstel。与此同时，Cree宣布投资10亿美元用于碳化硅衬底制造(包括S.I.和S.C.型晶圆)，以及利用8英寸设备产能生产完全符合汽车质量标准的碳化硅产品。最近，韩国公司SK Siltron以4.5亿美元完成了对杜邦(DuPont) SiC硅片部门的收购。在晶圆业务方面也有重要消息。对于SiC玩家来说，确保晶圆的供应是非常重要的。

与此同时，在最近开始被新兴市场采用的电力GaN业务中，投资才刚刚出现，预计未来几年还会继续。例如，在2020年Q1，意法半导体收购了法国氮化镓初创企业的多数股权，从快速充电应用的氮化镓SiP解决方案的重要技术和经验中获益。

图3:GaN行业格局演变与大容量市场机会。

EEtimes：从技术角度， GaN和SiC的进展如何?

从历史上看，二极管一直主导着碳化硅市场。展望未来，我们期望看到越来越多的汽车级SiC MOSFET和完整的碳化硅模块。在过去的十年中，GaN的产品组合有了显著的发展。今天，分立的GaN HEMT，在系统内包集成驱动的HEMT，以及单体集成的GaN解决方案正在被部署在消费到工业市场上。各大厂商正在开发创新的装置和系统设计，以受益于GaN的众多附加价值。