Wide-Bandgap宽禁带（WBG）器件（如GaN和SiC）市场将何去何从？

Wide-Bandgap宽禁带（WBG）器件（如GaN和SiC）市场将何去何从？

Where Is the Wide-Bandgap Market Going?

电力电子在采用宽禁带（WBG）器件（如GaN和SiC）方面有了一个有趣的转变。虽然硅仍然主导着市场，但GaN和SiC器件的出现将很快引导技术朝着新的、更高效的解决方案发展。Yole Dédeveloppement（Yole）估计，到2025年，SiC器件的收入将占市场的10%以上，而GaN器件的收入到2025年将占市场的2%以上。

碳化硅功率器件的主要供应商包括STMicroelectronics、Cree/Wolfspeed、Rohm、英飞凌科技、ON半导体和三菱电气。对于GaN，Yole Dédevelopment将电力集成和英飞凌作为主要参与者，以及创新型初创公司，如纳维半导体、高效电力转换（EPC）、GaN系统和Transphorm。

成本优化已使许多公司开发出适当供应碳化硅基板的商业模式。在2018年至2019年期间，STMicroelectronics、英飞凌和ON-Semi等公司与Cree和SiCrystal等领先的SiC基板供应商签订了多年基板供应协议。在功率GaN产业中，为了应对高容量市场，主要趋势之一是与台湾半导体制造公司（TSMC）、X-Fab或epsil Technologies等老牌铸造厂合作。

对功率半导体器件的需求日益增长，推动了宽带隙半导体市场的发展。主要参与者一直在投资于SiC和GaN材料和晶圆的开发和大规模生产。WBG市场走向何方？谁是主导者？它们如何解决数十年来一直存在的成本高、数量有限和供应链受限的问题？这个EE时代的特别项目将揭示WBG半导体市场的技术、应用和动态。

《EE泰晤士报》采访了Yole Dédeveloppement的技术和市场分析师Ezgi Dogmus博士，以进一步了解GaN和SiC目前赢得业务的市场以及它们最有可能被采用的行业。

Ezgi Dogmus

EE时代：贵公司如何评估GaN组件之间的竞争，特别是汽车市场的竞争？

Ezgi Dogmus：根据应用和功率范围的不同，有不同类型的GaN组件和不同的技术解决方案。特别是在汽车市场，我们看到了来自不同参与者的低压（<100v）和高压（>650v）GaN技术的发展和鉴定。虽然低压GaN的目标是轻型混合动力汽车中的48-12-V DC/DC转换，但额定电压650-V的GaN解决了电动汽车的车载充电问题。

《华尔街时报》：SiC/GaN市场在哪里？在哪些行业，我们看到的采用率最高？

Dogmus：根据我们的理解，碳化硅动力装置的主要市场是电动/混合动力汽车市场，我们预计它将是碳化硅市场增长的主要驱动力。GaN设备最近进入高端智能手机的大功率快速充电器市场，预计未来5年，这一大容量消费市场将主要推动GaN电源设备市场的增长。

EE时代：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遇？

Dogmus：关于销售，请参考前面的问题。在技术方面，碳化硅电力工业的重点是提高大直径碳化硅晶圆的质量和功率模块的开发。在GaN领域，主要的发展趋势是GaN器件集成，无论是系统封装还是系统芯片解决方案。

《EE时报》：您如何看待今天完整的SiC/GaN模块的发展状况？

Dogmus：全碳化硅模块已经有了重大的发展活动，特别是在封装材料，如模具连接和基板互连。演员继续创新的全碳化硅模块，以获得更高的可靠性和更高的功率模块。创新的嵌入式芯片GaN器件已经被开发出来，并有望在未来几年为汽车应用设计出新的GaN模块。

图1：设备收入（百万美元）市场份额：SiC vs.GaN vs.Si。

《电子时报》：为什么现在是WBG半导体？

Dogmus：在我们的理解中，像SiC和GaN这样的WBGs已经实现了一个巨大的里程碑。他们已经在设计上取得了成功，并开始在新兴市场被采用，如汽车和智能手机的消费快速充电器。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。对于选择WBG的玩家来说，驱动因素是更高的设备和系统性能、更高的效率、更小的外形系数和更低的系统成本。

图2:Power SiC设备市场动态。

EE时报：投资地图-在哪里，多少钱？

Dogmus：在蓬勃发展的碳化硅电力市场，最近的主要重点是基板方面。例如，STMicroelectronics在2019年以1.375亿美元收购了SiC供应商Norstel。同时，中铁二院还宣布投资10亿美元用于碳化硅基板制造（包括S.I.和S.C.型晶片），并利用8英寸设备的能力生产全自动合格的碳化硅产品。就在最近，韩国SK Siltron公司以4.5亿美元的价格完成了对杜邦公司SiC晶圆部门的收购。这是一个非详尽的例子列表；晶圆业务方面也有重大新闻。对于碳化硅生产商来说，确保他们的晶圆供应绝对是一件有趣的事情。

与此同时，在最近开始在新兴市场采用的power-GaN业务中，投资刚刚开始显现，预计未来几年将继续。例如，在2020年第一季度，STMicroelectronics收购了法国GaN初创公司Exagan的多数股权，以受益于GaN SiP解决方案中用于快速充电应用的重要技术和经验。

图3：GaN产业格局演变与大批量市场机会。

EE时代：技术评估-我们在哪里与GaN和SiC？

Dogmus：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用合格的sicmosfet和全SiC模块。在过去的十年里，GaN产品组合有了显著的发展。今天，分立的GaN-HEMTs、集成驱动的HEMTs和单体集成的GaN-HEMTs正被部署在从消费者到工业的市场中。参与者正在开发创新的设备和系统设计，以受益于GaN的众多附加值。