此前，全球电动车龙头厂Tesla（特斯拉）宣布下一代电动车将削减75%的SiC（碳化硅）用量，引发市场高度关注。业内人士指出，随着 SiC 生态系统的成熟，Tesla有机会通过具有更高集成度的更先进的系统设计来扩展 SiC 衬底的性能。比如，GaN-on-Si 在汽车市场中显示出巨大的潜力，业界对GaN 进行了一些讨论，问题指向Tesla能否采取大胆举措，率先采用这种创新材料，或许有待时间的验证。
据IMIR研究分析员称，到2028年，全球GaN功率器件市场规模预计将达到1.3442亿美元，在2021-2028年的预测期内，呈现35.43%的复合增长率。
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特拉斯的启发，GaN与SiC竞争已开启？
特斯拉在2017年将SiC用于其Model 3的车载及牵引逆变器，是该半导体在早期的重大胜利。在电动车中，牵引逆变器将电池的直流电转换为电机的交流电。逆变器通过改变交流电的频率来控制电机的速度。据报道，梅赛德斯-奔驰和Lucid Motors也在其逆变器中使用SiC，其他电动车制造商也计划在即将推出的车型中使用SiC。这些SiC器件由英飞凌、OnSemi、Rohm、Wolfspeed等公司提供。电动车牵引逆变器的功率通常从小型电动车的约35千瓦到100千瓦，到大型车辆的约400千瓦。
现在说GaN是SiC的竞争还为时过早，GaN供应商必须提供1200伏的设备立足于市场。 目前，电动汽车的电气系统通常在400伏下运行。Lucid Air有一个900伏的系统，保时捷Taycan有一个800伏的系统，奥迪、现代和起亚的电动汽车也是如此。其他汽车制造商预计将在未来几年跟随他们的步伐。如果在2025年看到第一个商用1200伏的GaN晶体管，那这些器件将不仅用于汽车，也将用于高速公共电动车充电器。
GaN与SiC的应用分布图
图源：IEEE spectrum
GaN可以实现更快的开关速度
助力电动车逆变器和车载充电器
电动车逆变器的一个强大优势在于GaN可以帮助实现的更快的开关速度，这些开关采用了所谓的硬开关技术。提高性能的方法是非常快速地从开到关，以尽量减少器件既保持高电压又通过大电流的时间。除了逆变器外，电动车通常还有一个车载充电器，通过将交流电转换为直流电，使车辆能够从墙壁（主电源）充电。在这里，GaN同样非常有吸引力，原因与它成为逆变器的良好选择一样。
助力手机、平板电脑和笔记本电脑的充电器
从2019年开始，GaN Systems、Innoscience、Navitas、Power Integrations和Transphorm等公司的基于GaN的壁式充电器开始投入商业使用。GaN的高开关速度加上其普遍较低的成本，使其成为低功率市场（25至500瓦）的主流，在这些市场上，这些因素以及小尺寸和强大的供应链是最重要的。这些早期的GaN功率转换器的开关频率高达300kHz，效率高于92%。它们创造了功率密度的记录，每立方英寸高达30W（1.83W/cm3），比它们所替代的硅基充电器的密度高出一倍。
助力太阳能微型逆变器
近年来，太阳能发电在电网规模和分布式（家庭）应用中都得到了发展。对于每一个安装，都需要一个逆变器将太阳能电池板的直流电转换为交流电，以便为家庭供电或将电力释放到电网。今天，电网规模的光伏逆变器是硅IGBT和SiC MOSFET的领域。但GaN将开始在分布式太阳能市场上取得进展。
助力现代数据中心
微型逆变器或传统逆变器系统对现代数据中心至关重要。它们与电池一起创造了一个不间断的电源，以防止停电。此外，所有数据中心都使用功率因素校正电路，调整电源的交流电波形，以提高效率，并消除可能损坏设备的特性。而对于这些，GaN提供了一种低损耗和经济的解决方案，正在慢慢取代硅。
目前，SiC在电动车逆变器中仍占主导地位，一般来说，在电压阻断能力和功率处理能力最重要以及频率较低的情况下，SiC是首选技术。在高频性能重要的地方，如5G和6G的基站，以及雷达和高频电源转换应用，如壁挂式适配器、微型逆变器和电源，GaN是首选技术。
但是GaN和SiC之间的拉锯战才刚刚开始。无论竞争的结果如何，在不同的应用和市场中，我们可以肯定地说，地球的环境将是赢家。在未来几年里，随着这个新的技术替代和复兴的周期不可阻挡地向前发展，将避免无数亿吨的温室气体。
GaN最新行情
英飞凌官宣收购GaN氮化镓功率半导体厂商 GaN Systems
3月2日，德国芯片大厂英飞凌（Infineon）官宣，以 8.3 亿美元的价格收购GaN功率半导体厂商 GaN Systems。英飞凌全球执行长 Jochen Hanebeck 指出，收购 GaN Systems 计划将加快公司发展GaN路线图。透过这次的合并，英飞凌将能掌握所有相关电源技术，进一步加强英飞凌在电源系统领域的地位，无论是在Si、SiC或GaN应用上。该公司预测，到2027年，SiC芯片市场将以每年56%的速度增长。
GaN在新能源汽车应用渗透率提升
头豹研究院指出，随着GaN在新能源汽车应用渗透率提升，预计到2026年氮GaN市场规模将增长至1029.7亿元，年复合增长率27.7%。
中国GaN氮化镓行业市场规模及预测（2017~2026年）单位：亿元
图源：专家访谈，CASA，头豹研究院
中国GaN产业行情
财联社指出，GaN产业链上游为衬底和外延，中游为器件制造商。SiC衬底+GaN外延层可制成射频器件，碳化硅基氮化镓射频器件可应用于5G宏基站、卫星通信、微波雷达、航空航天等军事/民用领域；硅衬底+氮化镓外延层可制成功率器件，硅基氮化镓功率器件可在大功率快充充电器、新能源车、数据中心等领域实现快速渗透；蓝宝石/氮化镓衬底+氮化镓外延层可制成光电器件，GaN光电器件在MiniLED、MicroLED、传统LED照明领域应用优势突出。
衬底材料中，SiC衬底与GaN器件匹配度高、性能好、且成本相对较低，受到广泛应用。全球SiC衬底市场集中度高，美国企业CREE和II-VI集团占据约60%的市场份额，天岳先进、天科合达等中国本土企业合计市占率仅10%左右。外延片材料方面，苏州晶湛、聚能晶源、聚灿光电是中国生产制造GaN外延片的代表企业。
GaN器件制造方面，IDM模式的代表厂商有三安光电、英诺赛科、士兰微电子、苏州能讯、江苏能华、大连芯冠科技等公司，Fabless厂商主要有华为海思、安谱隆等，同时海威华芯和三安集成可提供GaN氮化镓 器件代工服务（Foundry模式）。
GaN功率器件技术在快充领域最为成熟，根据天风证券的测算，若全球采用硅芯片器件的数据中心都升级为GaN功率芯片器件，将减少30%-40%的能源浪费。
GaN器件用于新能源汽车的车载充电器、DC-DC转换器等领域时，可在节能70%的同时使充电效率达到98%，增加5%续航，目前已有丰田、宝马等多家汽车厂商入局氮化镓领域。
中国将是亚太地区GaN功率器件市场的主要国家
近日，外媒Industry Research Biz发布的最新研究报告《GaN氮化镓功率器件市场》（GaN Power Devices Market）中预测，亚太地区的GaN功率器件市场份额将大幅增长。报告指出， 中国是亚太地区GaN功率器件市场的主要国家。
报告还总结了2023年GaN功率器件市场的顶级制造商，部分厂商如下所示：
- 富士通 Fujitsu
- 东芝 Toshiba
- 飞利浦电子 Koninklijke Philips
- 德州仪器 Texas Instruments
- EPIGAN
- NTT Advanced Technology
- RF Micro Devices
- Cree Incorporated
- Aixtron
- International Quantum Epitaxy (IQE)
- 三菱化学 Mitsubishi Chemical
- AZZURO Semiconductors
- Efficient Power Conversion (EPC)
- 英飞凌 Infineon
留给国内厂商的时间不多
媒体半导体产业纵横指出，我国2023年1月至3月有多个GaN项目迎来最新进展，包括百思特达半导体GaN项目、博康（嘉兴）半导体GaN项目、仙芈智造新型智能功率模组（IPM）研发生产基地项目、中国电科射频集成电路产业化项目、东科半导体超高频GaN电源管理芯片项目等。
集微网指出，国内厂商正在加快合纵连横。以纳微为例，在 2021 年上市后就先后收购了比利时数字隔离器设计公司 VDD tech，以及与希荻微合资的专注在模拟控制器和 GaN 合封控制器的设计方面的合资企业，再加上之前收购的 SiC 设计公司 GeneSiC，纳微也完成了从单一 GaN IC 公司到综合性的、全面专注于第三代半导体及控制器供应商的转变。
但更要清醒看到的是，随着国外龙头在SiC以及GaN方面强强联合、积极布局，国内企业的追赶难度或许将再次放大。
行业人士指出，国内GaN企业在设计方面的积累同海外老牌厂商相比仍有差距，而且主推的是消费类市场，单价低并对价格非常敏感，工业级应用又对器件的要求更高，因此迟迟打不开市场。该人士声称，中国GaN企业仍主要专注在消费电源快充市场作为市场突破口，作为消费产品市场，这个领域的渗透速度也会受到价格等因素的制约，必须找到下一条增长路径。
留给国内厂商的时间其实不太多了。
信息及配图主要来源：IEEE spectrum，集微网，半导体产业纵横
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