SiC和GaN，會把硅功率器件趕出歷史舞臺？

GaN（氮化鎵）和SiC（碳化硅）功率晶體管作為電源管理領(lǐng)域目前備受推崇的新型創(chuàng)新技術(shù)，但仍有挑戰(zhàn)需要克服，尤其是高成本和低可靠性。

在應(yīng)對氣候變化和近期能源危機等挑戰(zhàn)時，當(dāng)務(wù)之急是降低電子設(shè)備的功耗和發(fā)熱。

云計算、虛擬宇宙的大型數(shù)據(jù)中心以及新型智能手機等各種小型電子設(shè)備將繼續(xù)投資。SiC 和 GaN 都可以提供更小的尺寸和更低的熱/功耗，但它們成為標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)還需要一些時間。

在德國慕尼黑舉辦的歐洲最大的電子展electronica 2022上，美國EE Times的Maurizio Di Paolo Emilio先生主持了圓桌討論，功率半導(dǎo)體廠商高管討論當(dāng)前和未來的挑戰(zhàn)/圍繞 GaN/SiC 功率晶體管的機會。我們特別關(guān)注它的生產(chǎn)和流行。

雖然討論相當(dāng)強調(diào) GaN/SiC 功率晶體管的優(yōu)勢，但也明確表示硅 MOSFET 不會很快消失。盡管 GaN 晶體管的制造成本已經(jīng)達到與 MOSFET 相似或更低的水平，但要趕上產(chǎn)量還需要數(shù)十年的時間。

Navitas Semiconductor 企業(yè)營銷和 IR 副總裁 Stephen Oliver 表示：“第一次功率革命發(fā)生在雙極晶體管變成 MOSFET 時，我們現(xiàn)在正處于第二次革命的中間?！庇辛?GaN/SiC，硅即將消失，為了攻克集成化、高壓等前沿技術(shù)，我們應(yīng)該朝著GaN/SiC的專攻方向發(fā)展?！闭f。

很明顯，這兩種化合物最終將取代硅 MOSFET 和雙極晶體管。問題是什么時候可以實現(xiàn)，會產(chǎn)生什么樣的成本？

Efficient Power Conversion (EPC) 首席執(zhí)行官 Alex Lidow 表示，“目前的遺留應(yīng)用在未來 10 到 15 年或更長時間內(nèi)將繼續(xù)使用硅 MOSFET。MOSFET 將繼續(xù)增長。預(yù)計 GaN 功率晶體管的低迷不僅在速率上，也在茶涼增長上，但價格會像雙極型晶體管一樣繼續(xù)上漲，這是長期周期的一個方面?！八?MOSFET 更便宜?！?/p>

業(yè)界預(yù)計 GaN/SiC 組合功率晶體管將在 2030 年達到 MOSFET 的市場價值。

Infineon Technologies 高級負(fù)責(zé)人 Gerald Deboy 表示：“目前硅占整個市場的 95%。當(dāng)然 SiC/GaN 的增長速度非?？?。我們是 SiC等各種技術(shù)都需要得到保障，以便走在設(shè)計的前沿，提供 GaN 和 GaN 之間的高度差異化，而硅填補了這些空白，至少在未來十年內(nèi)所有技術(shù)都將共存。如果你看看 SiC 的增長/GaN，GaN 的增長速度比 SiC 快得多，盡管 GaN 略微落后于 SiC。機會正在擴大，”他說。

Wolfspeed 功率產(chǎn)品高級總監(jiān) Guy Moxey 表示：“到 2021 年，硅 MOSFET 分立模塊的功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達到 280 億美元，而 SiC 約為 20 億美元，GaN 約為 10 億美元。”但到2030年，預(yù)計還需要幾個設(shè)計周期，SiC市場規(guī)模將在200億美元左右，GaN市場規(guī)模將超過5-60億美元，有望達到各自的規(guī)模，“ 他說。

據(jù)小組成員稱，到 2023 年，對于某些低壓應(yīng)用，GaN 的價格將與 MOSFET 持平。在價格方面，例如，在 65W USB PD（電力輸送）充電的情況下，GaN 和硅系統(tǒng)預(yù)計在 2023 年上半年具有可比的系統(tǒng)價格。同時，它們的要小三分之一. 它更小更輕，為移動計算行業(yè)提供了強大的價值主張。

GaN 技術(shù)是低電壓應(yīng)用的理想選擇，但對于結(jié)合使用這兩種技術(shù)的汽車應(yīng)用，可靠性仍面臨挑戰(zhàn)。

Power Integrations 市場營銷和應(yīng)用工程副總裁 Doug Bailey 說：“GaN 面臨的主要問題是它的速度超快，需要放慢速度，需要限制寄生電感。我們正在采取一項戰(zhàn)略來集成 GaN 和 SiC?！?/p>

SiC 可以在更高的電壓下工作，但比硅更難制造。

因此，制造商正在投資數(shù)十億美元來提高產(chǎn)能以滿足需求。

ROHM Semiconductor Europe 汽車事業(yè)部和電源系統(tǒng)總監(jiān) Aly Mashaly 表示：“我們早就知道這需要時間，2016 年我們宣布了有史以來最大的投資?！惫?a target="_blank">芯片，以及我們自己的模塊制造工廠?！?/p>

對于小組成員來說，SiC 和 GaN 的前進道路是清晰的，而且技術(shù)是可靠的。

但我們還需要數(shù)年時間才能提高產(chǎn)量、獲得更多設(shè)計勝利并達到電子行業(yè)具有競爭力所需的價格點。

審核編輯 ：李倩