根據(jù)韓國媒體 BusinessKorea 報導(dǎo)，三星電子即將進軍氮化鎵 （GaN）市場，目的是為了滿足汽車領(lǐng)域?qū)β拾雽?dǎo)體的需求。
報導(dǎo)引用知情人士的說法指出，三星電子近期在韓國、美國舉辦的“2023三星晶圓代工論壇”活動宣布，將在2025年起，為消費級、資料中心和汽車應(yīng)用提供8寸氮化鎵晶圓代工服務(wù)。
據(jù)悉，氮化鎵因具備寬禁帶、高頻率、低損耗、抗輻射強等優(yōu)勢，可以滿足各種應(yīng)用場景對高效率、低能耗、高性價比的要求。當(dāng)前，氮化鎵的應(yīng)用已經(jīng)不再局限于快充等消費電子市場，而是向數(shù)據(jù)中心、可再生能源甚至新能源汽車市場持續(xù)推進。
據(jù)TrendForce集邦咨詢《2023 GaN功率半導(dǎo)體市場分析報告 – Part1》顯示，到2026年，全球GaN功率元件市場規(guī)模將從2022年的1.8億美金成長到13.3億美金，復(fù)合增長率高達65%。
面對強大的市場需求，眾多半導(dǎo)體廠商開始擴充生產(chǎn)線，布局氮化鎵市場。
國際廠商方面：
英飛凌已經(jīng)宣布8.3億美元收購GaN Systems，并斥資20億歐元對碳化硅和氮化鎵進行擴產(chǎn)；DB Hi-Tech的目標(biāo)是在2024年完成氮化鎵產(chǎn)品的開發(fā)，2025年開始商業(yè)化生產(chǎn)；BelGaN通過收購Onsemi位于比利時的6英寸晶圓廠，計劃將其改造成氮化鎵代工廠…
國內(nèi)企業(yè)方面：
三安光電、華潤微、英諾賽科、賽微電子、珠海鎵未來等廠商也在馬不停蹄地加速布局氮化鎵并推進產(chǎn)品落地和商用。
圖片來源：拍信網(wǎng)正版圖庫
低調(diào)卻“吸金”
雖然沒有碳化硅那么火爆，但氮化鎵的吸金程度也毫不遜色。據(jù)筆者不完全統(tǒng)計，除了國外的ST、英飛凌和PI等企業(yè)一馬當(dāng)先以外，國內(nèi)的英諾賽科和納微也發(fā)展迅猛，到這也擋不住氮化鎵的發(fā)展浪潮。
據(jù)不完全統(tǒng)計，2021年國內(nèi)超9家氮化鎵相關(guān)企業(yè)獲得了超12輪的融資，其中禹創(chuàng)半導(dǎo)體、鎵未來、能華微電子等3家企業(yè)都完成了2輪融資，從透露的投資額來看，芯元基完成了逾億元B輪；南芯半導(dǎo)體完成了近3億元D輪融資；能華微電子則是完成了數(shù)億元C輪。此外，2021年封測巨頭晶方科技入局氮化鎵，投資了以色列VisIC Technologies Ltd．，環(huán)旭電子也宣布投資氮化鎵系統(tǒng)有限公司，加碼功率電子戰(zhàn)略。
吸金能力的背后，是氮化鎵強大的潛力。同為第三代半導(dǎo)體材料，氮化鎵時常被人用來與碳化硅作比較，雖然沒有碳化硅發(fā)展的時間久，但氮化鎵依舊憑借著禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導(dǎo)率大、飽和電子漂移速度高和抗輻射能力強等特點展現(xiàn)了它的優(yōu)越性。據(jù)Yole Developpement發(fā)布的GaN Power 2021報告預(yù)期，到2026年GaN功率市場規(guī)模預(yù)計會達到11億美元。
說到GaN功率器件，當(dāng)前人們的第一反應(yīng)可能就是快充。從小米開局到蘋果入局，氮化鎵快充市場爆點不斷。2021年10月，蘋果推出了旗下首款氮化鎵技術(shù)充電器，并在全球范圍內(nèi)率先支持USB PD3.1快充標(biāo)準(zhǔn)，一舉刷新了USB PD充電器單口輸出最高功率，達到140W。相比傳統(tǒng)硅器件，氮化鎵快充能夠顯著提升充電速度，并降低系統(tǒng)待機狀態(tài)的電量消耗，在這個萬事都離不開手機的時代，完美地滿足了人們“充電2分鐘，通話兩小時”的需求。當(dāng)然，除了手機以外，平板、游戲機等也將追求輕量化，這也給氮化鎵快充帶來了不小的市場。
但需要注意的是，氮化鎵的應(yīng)用領(lǐng)域遠不止消費電子領(lǐng)域。據(jù)普華有策統(tǒng)計，氮化鎵通常用于微波射頻、電力電子和光電子三大領(lǐng)域，微波射頻方向包含了 5G 通信、雷達預(yù)警、衛(wèi)星通訊等；電力電子方向包括了智能電網(wǎng)、高速軌道交通、新能源汽車、消費電子等；光電子方向則包括了 LED、激光器、光電探測器等。
而其中，5G 通信與新能源汽車也將成為氮化鎵未來重點投入的方向。隨著汽車電動化、5G通信、物聯(lián)網(wǎng)市場的不斷增長，在小尺寸封裝強大性能的加持下，GaN再次成為關(guān)注的焦點。在5G通信領(lǐng)域，GaN可以縮小 5G 天線的尺寸和重量，又能滿足嚴格的熱規(guī)范，所以適合毫米波領(lǐng)域所需的高頻和寬帶寬。在目前正熱的汽車電子市場，氮化鎵也可以將汽車的車載充電器（OBC）、DC-DC轉(zhuǎn)換器做得更小更輕，從而有空間放入更多的鋰電池，提升整車續(xù)航里程。
Yole更是預(yù)測，從2022年開始預(yù)計氮化鎵以小量滲透到OBC和DC-DC轉(zhuǎn)換器等應(yīng)用中。因此到2026年，汽車和移動市場價值將超過1.55億美元，年復(fù)合成長率達185%。
產(chǎn)業(yè)鏈格局
上游主要包括襯底與外延片的制備。襯底的選擇對于器件性能起關(guān)鍵作用，襯底也占據(jù)了大部分成本，因而襯底是GaN器件降低成本的突破口。
襯底
目前市場上GaN晶體管主流的襯底材料為藍寶石、SiC和Si，GaN襯底由于工藝、成本問題尚未得到大規(guī)模商用。藍寶石襯底一般用于制造藍光LED，通常采用MOCVD法外延生長GaN。
GaN襯底目前仍然以2-4英寸為主，外延片6英寸開始商用，8英寸已試制成功。材料尺寸的增加將帶來更大產(chǎn)能和更低成本。
市場格局方面來看，海外主要廠商包括日本住友電工、日本三菱化學(xué)、日本住友化學(xué)等，三家日本廠商合計占比超過85%。
國內(nèi)目前實現(xiàn)GaN襯底產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)主要有蘇州納維、中鎵半導(dǎo)等公司。其中，蘇州納維目前已可以實現(xiàn)2英寸GaN單晶的量產(chǎn)，并完成了4英寸和6英寸GaN單晶襯底關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。中鎵半導(dǎo)已建成國內(nèi)首家專業(yè)的氮化鎵襯底材料生產(chǎn)線，可制備出厚度達1100微米的自支撐GaN襯底，并能夠穩(wěn)定生產(chǎn)。
外延
由于制備GaN 的單晶材料無法從自然界中直接獲取所以GaN的主要制備方法是在藍寶石、SiC、Si 等異質(zhì)襯底上進行外延。GaN自支撐襯底在激光器上的應(yīng)用可獲得更高的發(fā)光效率品質(zhì)。
國內(nèi)目前布局GaN外延的企業(yè)主要有蘇州晶湛、聚能晶源等公司。
其中，蘇州晶湛擬投資2.8億元進行氮化鎵外延片異地擴建項目，預(yù)計2023年建成投產(chǎn)，可實現(xiàn)年產(chǎn)氮化鎵外延片24萬片，同時擬投資1000萬元進行原廠擴產(chǎn)，建成后，預(yù)計年新增氮化鎵外延片1萬片，其中6英寸和8英寸氮化鎵外延片年產(chǎn)能分別新增5000片。
聚能晶源已掌握業(yè)界領(lǐng)先的8英寸GaN-on-Si、6英寸GaN-on-SiC外延技術(shù)，可以為客戶提供符合業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的高性能GaN外延晶圓產(chǎn)品。
器件
氮化鎵是目前能同時實現(xiàn)高頻、高效、大功率的代表性器件，在5G基站、新能源充電樁等新基建代表中均有所應(yīng)用。
氮化鎵器件可實現(xiàn)高效電能轉(zhuǎn)換，助力實現(xiàn)光伏、風(fēng)電、特高壓輸電、新能源汽車等諸多領(lǐng)域的高效電能轉(zhuǎn)換，推動綠色低碳發(fā)展。
氮化鎵器件主要包括分立器件和集成和系統(tǒng)級芯片集成器件。
分立器件主要包括增強模式(E-Mode) GaN晶體管和耗盡模式(D-Mode) GaN晶體管。
當(dāng)GaN功率器件（GaNFET）替代MOSFET用于快充器件，快充器件可以充分發(fā)揮出GaN器件的開關(guān)頻率高、能量密度高、能量轉(zhuǎn)化效率高等特點，對于終端消費者來說是更高效率、更小體積、更低發(fā)熱、更方便攜帶的充電設(shè)備。
集成和系統(tǒng)級芯片集成指的是由各種功能性集成塊組成的具有一定功能的器件。其體積較小，已被廣泛地應(yīng)用于各種電子行業(yè)。
GaN射頻器件市場格局方面來看，呈現(xiàn)三足鼎立的競爭格局，日本住友、Wolfspeed、Qorvo為主要玩家，市場CR3>80%。日本住友、Wolfspeed與Qorvo分別占據(jù)40%、24%與20%的市場份額。其中，Wolfspeed前身Cree于2018年收購了英飛凌的RF部門，成為了全球GaN射頻器件的主要提供商之一。
在GaN器件各環(huán)節(jié)布局的部分代表廠商包括三安光電、華潤微電子、士蘭微、英諾賽科、芯冠科技、長電科技、海特高新、東科半導(dǎo)體、晶湛半導(dǎo)體等。
國內(nèi)GaN器件Fabless設(shè)計廠商主要有華為海思、安譜隆等公司。IDM/制造：國內(nèi)GaN器件IDM廠商主要有蘇州能訊、英諾賽科、江蘇能華、大連芯冠科技等公司；同時海威華芯和三安集成可提供GaN 器件代工服務(wù)。
國內(nèi)GaN動態(tài)：6大項目開工/投產(chǎn)
百思特達半導(dǎo)體GaN外延片項目試生產(chǎn)
近日，據(jù)盤錦日報消息，遼寧百思特達半導(dǎo)體旗下氮化鎵項目獲得新進展——2英寸&4英寸外延片處于試生產(chǎn)和產(chǎn)品認證階段，正式投產(chǎn)后，可實現(xiàn)月生產(chǎn)2500片的產(chǎn)能。
據(jù)介紹，百思特達是2019年興隆臺區(qū)和盤錦高新區(qū)共同引進的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)項目，該公司主要研發(fā)生產(chǎn)氮化鎵晶圓及氮化鎵基芯片系列產(chǎn)品。
2019年11月，百思特達氮化鎵項目正式開工建設(shè)，該項目占地125畝，總投資15億元，其中一期投資3億元；去年5月，項目一期正式建成，預(yù)計增加10條氮化鎵外延生產(chǎn)線，實現(xiàn)年產(chǎn)10萬片氮化鎵外延片和10億顆氮化鎵芯片的產(chǎn)能提升
博康建GaN項目，年產(chǎn)能為3000片
3月6日，“嘉興城南”官微發(fā)文稱，博康(嘉興)半導(dǎo)體總投資約6億元的氮化鎵射頻功率芯片先導(dǎo)線項目正式開工，該項目占地面積46667平方米，其中一期用地約33200平方米。
公開資料顯示，博康（嘉興）半導(dǎo)體成立于2022年10月，公司主營業(yè)務(wù)包括半導(dǎo)體分立器件制造、銷售及服務(wù)等。
而且，3月3日，嘉興市公共資源交易中心發(fā)布招標(biāo)公告稱，博康（嘉興）半導(dǎo)體年產(chǎn)3000片氮化鎵射頻功率芯片先導(dǎo)線項目設(shè)計對外采購施工總承包，招標(biāo)估算價約為1.9億元。
根據(jù)公告，博康的氮化鎵項目位于浙江嘉興經(jīng)開區(qū)，總工期歷時一年左右，將新建工業(yè)廠房30543平米，并引進光刻機、磁控濺射機等設(shè)備約100臺套用于生產(chǎn)國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的通信用氮化鎵射頻芯片先導(dǎo)線，預(yù)計年產(chǎn)能將為3000片。
東科半導(dǎo)體超高頻氮化鎵電源管理芯片項目預(yù)計4月底投產(chǎn)
據(jù)北青網(wǎng)消息，2月16日，東科半導(dǎo)體表示，旗下總投資5.5億元的“超高頻氮化鎵電源管理芯片項目”已竣工，正在進行廠房裝修和生產(chǎn)線調(diào)試，預(yù)計4月底投產(chǎn)。
公開資料顯示，該項目項目占地52畝，新建廠房5.1萬平米，主要從事氮化鎵超高頻AC/DC電源管理芯片、氮化鎵應(yīng)用模組封裝線的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。
仙羋智造新型智能功率模組(IPM)研發(fā)生產(chǎn)基地項目開工
今年1月上旬，合肥仙羋智造科技有限公司（）仙羋智造新型智能功率模組(IPM)研發(fā)生產(chǎn)基地項目正式開工。該項目總投資5億元，建成后可實現(xiàn)年產(chǎn)3000萬顆工業(yè)級IPM產(chǎn)品、1000萬顆汽車級IPM產(chǎn)品、1000萬顆氮化鎵芯片封裝產(chǎn)能，預(yù)計全部投產(chǎn)后年銷售收入可達12億元。
此前消息顯示，該項目于2022年6月簽約落戶安徽蚌埠傳感谷。目前，廠房外部墻面改造已完成，開始裝修廠房和設(shè)備入場。
中國電科射頻集成電路產(chǎn)業(yè)化項目建成完工
據(jù)中鐵建工集團公眾號消息，1月10日，中鐵建工集團旗下“中國電科射頻集成電路產(chǎn)業(yè)化項目”已經(jīng)建成完工，該項目總投資超過30億元。
項目建成后將形成年均5億只射頻集成電路，6萬片4～6英寸氮化鎵射頻功率器件，1000萬只射頻模塊的設(shè)計、生產(chǎn)、測試能力。
格晶半導(dǎo)體第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化項目落地江西上饒 總投資25億元
據(jù)格晶半導(dǎo)體官方消息，1月5日，江西上饒市萬年縣與上海格晶半導(dǎo)體有限公司舉行合作簽約儀式。
此次簽約的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化項目總投資達25億元，項目投產(chǎn)后可實現(xiàn)年產(chǎn)5萬片8寸GAN功率器件，成為江西省第一家中國第二家量產(chǎn)氮化鎵車載功率器件的晶圓廠。（文：凌昱微科技）
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