氮化鎵GaN、碳化硅SiC等寬禁帶材料將成為電力電子未來(lái)選擇

　　當人們思考電力電子應用將使用哪種寬禁帶(WBG)半導體材料時(shí)，都會(huì )不約而同地想到氮化鎵(GaN)或碳化硅(SiC)。這不足為奇。因為氮化鎵或碳化硅是電力電子應用中最先進(jìn)的寬禁帶技術(shù)。市場(chǎng)研究公司Yole Développement在其報告中指出，電力電子應用材料碳化硅、氮化鎵和其他寬禁帶材料具有一個(gè)更大的帶隙，可以進(jìn)一步提高功率器件性能。

　　n型碳化硅SiC晶片到2020年將以21%的CAGR成長(cháng)至1.1億美元

　　由碳化硅電力設備市場(chǎng)驅動(dòng)，n型碳化硅基板市場(chǎng)預計到2020年將以21%的復合年增長(cháng)率(CAGR)從2014年的0.35億美元成長(cháng)至1.1億美元。

　　上圖為2020年n型碳化硅基板市場(chǎng)規模(單位：百萬(wàn)美元)，左下角顯示的是碳化硅晶片市場(chǎng)規模

　　市場(chǎng)首選的電力電子應用產(chǎn)品中使用的仍然是4英寸晶圓。然而，許多的供應商可以提供高質(zhì)的6英寸晶圓，用于電力設備中。8英寸碳化硅晶圓由族化合物(II-VI Inc)公司于2015年年中展示。

　　據悉，6英寸晶圓的平均價(jià)格是4英寸晶圓平均價(jià)格的2.25倍，6英寸晶圓的價(jià)格在2015年年底和2016年年初將會(huì )下滑并低于閥值。當然，實(shí)現向6英寸晶圓的轉換其實(shí)只是一個(gè)開(kāi)始。碳化硅器件制造商Rohm剛剛宣布2015年第三季度已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現6英寸晶圓的批量生產(chǎn)。

　　據Yole稱(chēng)，n型碳化硅SiC基板市場(chǎng)的領(lǐng)先企業(yè)排名已經(jīng)趨于穩定?？其J仍然是市場(chǎng)領(lǐng)導者，道康寧、SiCrystal以及族化合物公司緊隨其后。目前有四家中國碳化硅供應商，他們當前宣布的晶片年產(chǎn)能為15萬(wàn)片，預計未來(lái)還會(huì )有所增長(cháng)。與此同時(shí)，Yole預計像年初北京展示n型6英寸晶片的TankeBlue半導體等中國企業(yè)將成為市場(chǎng)挑戰的強勁對手。

　　硅基氮化鎵晶片開(kāi)放市場(chǎng)群雄角逐，誰(shuí)將笑到最后?

　　Yole指出，硅基氮化鎵(GaN-on-silicon)技術(shù)是極富挑戰的，因為氮化鎵GaN和硅之間的大晶格常數和熱膨脹系數(CTE)不匹配。硅基氮化鎵的主要問(wèn)題已經(jīng)得到解決，許多公司開(kāi)始實(shí)現基于此技術(shù)的電力設備的商用。受到設備市場(chǎng)潛力的吸引，不同商家在硅基氮化鎵晶片開(kāi)放市場(chǎng)開(kāi)始活躍，并思考向其他的設備企業(yè)銷(xiāo)售其晶片，這些企業(yè)包括：

　　硅基板供應商紛紛想要爬到價(jià)值鏈頂端，如Siltronic等;

　　處在價(jià)值鏈的底端的Episil等設備晶圓代工廠(chǎng);

　　一些LED芯片供應商，如中國的三安光電;

　　大的epi工廠(chǎng)，如IQE;

　　Epigan和其他的純氮化鎵epi工廠(chǎng)。

　　海量氮化鎵GaN晶片生產(chǎn)現狀大放送

　　Yole提到，幾乎所有的商業(yè)化氮化鎵是通過(guò)氫化物氣相外延法(HVPE)生產(chǎn)的，主要應用在光電應用領(lǐng)域。然而，HVPE氮化鎵基板超高的錯位密度會(huì )限制電力開(kāi)關(guān)的使用。

　　氨熱增長(cháng)預計隨著(zhù)日本三菱化學(xué)和美國LED廠(chǎng)商Soraa研制的新的酸性氨熱方法的出現而更具競爭力。電力電子設備N(xiāo)a-flux LPE的增長(cháng)前途一片光明，市場(chǎng)研究公司補充說(shuō)。

　　氮化鎵晶片巨大市場(chǎng)由日本公司主導，住友電氣(Sumitomo Electric)、三菱化工(Mitsubishi Chemical)和日立金屬(Hitachi Metals)引領(lǐng)HVPE生產(chǎn)。三菱化工正積極研制氨熱增長(cháng)，而NGK研制Na-flux增長(cháng)。除日本以外的其他國家目前尚處在小批量生產(chǎn)和研發(fā)階段，其中大多數的企業(yè)正在研發(fā)面向LED市場(chǎng)的HVPE方法。如果電力電子應用市場(chǎng)采取氮化鎵基板(GaN-on-GaN)技術(shù)，日本企業(yè)將獨占鰲頭。