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氮化鎵(GaN)材料的發(fā)展?jié)摿τ卸啻螅?/p>
氮化鎵是一種寬能隙材料,它能夠提供與碳化硅(SiC)相似的性能優(yōu)勢(shì),但降低成本的可能性卻更大。業(yè)界認(rèn)為,在未來(lái)數(shù)年間,氮化鎵功率器件的成本可望壓低到和硅MOSFET、IGBT及整流器同等價(jià)格。你怎么看?讓金譽(yù)半導(dǎo)體帶大家了解一下,再判定不遲。
氮化鎵(GAN)在T=300K時(shí)為,是半導(dǎo)體照明中發(fā)光二極管的核心組成部分。
氮化鎵電力電子器件具有更高的工作電壓、更高的開(kāi)關(guān)頻率、更低的導(dǎo)通電阻等優(yōu)勢(shì),并可與成本極低、技術(shù)成熟度極高的硅基半導(dǎo)體集成電路工藝相兼容,在新一代高效率、小尺寸的電力轉(zhuǎn)換與管理系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)車(chē)、工業(yè)電機(jī)等領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
由于對(duì)高速、高溫和大功率半導(dǎo)體器件需求的不斷增長(zhǎng),使得半導(dǎo)體業(yè)重新考慮半導(dǎo)體所用設(shè)計(jì)和材料。隨著多種更快、更小計(jì)算器件的不斷涌現(xiàn),硅材料已難以維持摩爾定律。由于氮化鎵材料所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),如噪聲系數(shù)優(yōu)良、最大電流高、擊穿電壓高、振蕩頻率高等,為多種應(yīng)用提供了獨(dú)特的選擇,如軍事、宇航和國(guó)防、汽車(chē)領(lǐng)域,以及工業(yè)、太陽(yáng)能、發(fā)電和風(fēng)力等高功率領(lǐng)域。
由于氮化鎵光電半導(dǎo)體在軍事、宇航、國(guó)防和消費(fèi)電子的使用,使得光電半導(dǎo)體成為全球氮化鎵半導(dǎo)體器件市場(chǎng)的主要產(chǎn)品類(lèi)型,并占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位。其中功率半導(dǎo)體器件將隨著工業(yè)應(yīng)用對(duì)大功率器件需求的增長(zhǎng)成為未來(lái)增長(zhǎng)速度最快的器件。
氮化鎵(GaN)材料優(yōu)勢(shì)
對(duì)于GaN的功率器件發(fā)展而言,市場(chǎng)需求牽引力至關(guān)重要。從(2020年將支配市場(chǎng)的)電源和PFC(功率因數(shù)校正)領(lǐng)域,到UPS(不間斷電源)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng),很多應(yīng)用領(lǐng)域都將從GaN-on-Si功率器件的特性中受益。
市場(chǎng)調(diào)查公司Yole Developpement)認(rèn)為,除了這些應(yīng)用,2020年以后純電動(dòng)汽車(chē)(EV)和混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)也將開(kāi)始采用這些新材料和新器件。市場(chǎng)規(guī)模方面,2020年GaN器件市場(chǎng)整體規(guī)模有可能達(dá)到約6億美元。屆時(shí),一塊6英寸晶圓可加工出大約58萬(wàn)個(gè)GaN。按照EV和HEV從2018年或2019年開(kāi)始采用GaN的設(shè)想來(lái)看,GaN器件的數(shù)量將從2016年開(kāi)始顯著增加,一直到2020年都將以80%的年均增長(zhǎng)率(CAGR)增長(zhǎng)。
再隨著5G技術(shù)的逐漸成熟,帶給射頻前端(RF Front End)晶片市場(chǎng)商機(jī),未來(lái)射頻功率放大器(RF PA)需求將持續(xù)成長(zhǎng),其中傳統(tǒng)金屬氧化半導(dǎo)體(Laterally Diffused metal Oxide Semiconductor,LDMOS;LDMOS具備低成本和大功率性能優(yōu)勢(shì))制程逐步被氮化鎵(Gallium Nitride,GaN)取代,尤其在5G技術(shù)下需要支援更多元件、更高頻率,另砷化鎵(GaAs)則相對(duì)穩(wěn)定成長(zhǎng)。透過(guò)導(dǎo)入新的射頻技術(shù),RF PA將以新的制程技術(shù)實(shí)現(xiàn),其中GaN的RF PA將成為輸出功率3W以上的主流制程技術(shù),LDMOS市占率則逐漸降低。
因?yàn)?/span>5G技術(shù)涵蓋毫米波頻率和大規(guī)模MIMO(Multi-Input Multi-Output)天線運(yùn)用,以實(shí)現(xiàn)5G無(wú)線整合及架構(gòu)上的突破,未來(lái)如何大規(guī)模采用Massive-MIMO及毫米波(mmWave)回程系統(tǒng)將是發(fā)展關(guān)鍵。由于5G頻率高,因此對(duì)于高功率、高性能、高密度的射頻元件需求增加,其中氮化鎵(GaN)符合其條件,即GaN市場(chǎng)更具有潛在商機(jī)。
了解了這些之后,你怎么看?