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。2021年的市场规模为1.3542亿美元。


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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


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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已经不多

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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