氮化鎵第三代半導(dǎo)體材料，在消費(fèi)電源市場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用

隨著各大手機(jī)和筆記本電腦品牌紛紛進(jìn)入氮化鎵快充市場(chǎng)，氮化鎵功率器件的性能得到進(jìn)一步驗(yàn)證，同時(shí)也加速了氮化鎵技術(shù)在快充市場(chǎng)的普及。

目前，快充源市場(chǎng)上氮化鎵主要以三種形式使用，即GaN單管功率器件、內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器的GaN功率芯片以及內(nèi)置控制器、驅(qū)動(dòng)器和GaN功率器件的封裝芯片。其中，GaN單管功率器件發(fā)展最快。尤其是“十四五”規(guī)劃出臺(tái)以來，國(guó)家加大了對(duì)第三代半導(dǎo)體的扶持力度。越來越多的氮化鎵工廠進(jìn)入了市場(chǎng)?；诓煌放崎_發(fā)的GaN器件有快充產(chǎn)品也已投入批量生產(chǎn)。

KeepTops氮化鎵功率芯片的市場(chǎng)機(jī)會(huì)之一是消費(fèi)類電子產(chǎn)品。手機(jī)的充電功率越來越大。適配器和充電器的功率從5瓦、10瓦到65瓦、125瓦的變化時(shí)，便攜性就變得越來越差。然而，使用氮化鎵芯片的充電器體積小，充電速度快。

什么是GaN

數(shù)據(jù)顯示，氮化鎵(GaN)主要是指一種合成的半導(dǎo)體材料。是第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，用于開發(fā)微電子器件和光電子器件的新材料。氮化鎵有著廣泛的應(yīng)用。作為支撐“新基礎(chǔ)設(shè)施”建設(shè)的關(guān)鍵核心器件，其下游應(yīng)用已觸及“新基礎(chǔ)設(shè)施”中的5G基站、特高壓、新能源充電樁、城際高鐵等主要領(lǐng)域。此外，氮化鎵的高效功率轉(zhuǎn)換特性可幫助實(shí)現(xiàn)光伏、風(fēng)電(電能生產(chǎn))、直流特高壓輸電(電能傳輸)、新能源汽車、工業(yè)電源、機(jī)車牽引、消費(fèi)電源(電能使用)等領(lǐng)域。電能的高效轉(zhuǎn)換有助于實(shí)現(xiàn)“碳峰值和碳中和”的目標(biāo)。

從技術(shù)角度來看，氮化鎵的關(guān)鍵技術(shù)主要包括三大方面：GaN襯底技術(shù)、氮化鎵基FET器件技術(shù)、MicroLED顯示技術(shù)。

數(shù)據(jù)顯示，目前全球GaN襯底技術(shù)專利超過1.3萬項(xiàng)，其中有效專利4800多項(xiàng)，占比35.2%。其中，在審專利占比很小，這說明未來專利有效增長(zhǎng)的空間不大。此外，日本和美國(guó)擁有更多的專利分布在這兩大市場(chǎng)。

氮化鎵技術(shù)下的“芯片荒”。

氮化鎵芯片的設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)還存在哪些挑戰(zhàn)?在高頻應(yīng)用系統(tǒng)中，硅從幾赫茲發(fā)展到65kHz用了三四十年的時(shí)間。這一漫長(zhǎng)的過程，使配套的硅芯片生產(chǎn)系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。氮化鎵作為一種高頻器件，需要提高頻率才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)?！叭绻涮讖S家和生產(chǎn)過程跟不上，要解決這個(gè)問題需要很長(zhǎng)的時(shí)間。這也是氮化鎵在高頻下使用時(shí)遇到的問題。困難”。

從氮化鎵芯片的工藝成熟度來看，臺(tái)積電的良品率超過90%，氮化鎵功率半導(dǎo)體已經(jīng)是“非常成熟的器件”。降低供應(yīng)鏈成本、提高產(chǎn)量仍需要一個(gè)過程。

提到氮化鎵技術(shù)是否受到“芯片短缺”的影響。芯片短缺和芯片價(jià)格上漲對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈的影響是一樣的。不過，從氮化鎵供應(yīng)鏈的角度來看，氮化鎵芯片目前占硅芯片市場(chǎng)的0.5%。由于可以在單個(gè)芯片上生產(chǎn)更多的氮化鎵管芯，與硅芯片相比，“生產(chǎn)能力可以提高5倍。

此外，半導(dǎo)體原材料的價(jià)格都在提高，但“氮化鎵材料并沒有相應(yīng)調(diào)整，成本也沒有太大變化。”KeepTops采用臺(tái)積電的6英寸工廠工藝，產(chǎn)能充裕，不占用目前稀缺的8英寸產(chǎn)能。

從迭代速度的角度來看，未來納微米半導(dǎo)體氮化鎵芯片的迭代周期有望從兩年變?yōu)?個(gè)月，成本可降低約20%—30%。同時(shí)，隨著客戶對(duì)系統(tǒng)的積極反饋，“們集成了越來越多的電路，使整個(gè)外圍電路變得越來越簡(jiǎn)單，從而降低了系統(tǒng)成本”。

從手機(jī)充電器到電動(dòng)汽車

KeepTops作為一家領(lǐng)先的氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體公司，電動(dòng)汽車是其下一個(gè)重點(diǎn)。

Navitas首席執(zhí)行官Gene Sheridan在接受CNBC采訪時(shí)說：“而不是快速充電手機(jī)或平板電腦50瓦，我們將做它在5,000瓦或20,000瓦。電動(dòng)車快速充電”。通過Navitas的技術(shù)，電動(dòng)汽車可以在消費(fèi)者家中完成充電，所需時(shí)間僅為目前的三分之一。

如果將同樣的新技術(shù)應(yīng)用在電動(dòng)汽車上，車輛的續(xù)航里程可以提高近30%，或者電池體積可以減小30%。兩種方法各有優(yōu)點(diǎn)。但我們可能至少要等到2025年，才能在新車上看到這種技術(shù)。電動(dòng)汽車的開發(fā)通常需要兩到三年的時(shí)間。因此，基于GaN技術(shù)的電動(dòng)汽車可能要到2025年以后才能實(shí)現(xiàn)。

GaN在電動(dòng)汽車充電之外的好處

GaN超導(dǎo)體技術(shù)將給電動(dòng)汽車帶來更快的充電以外的好處。一旦電力進(jìn)入電動(dòng)汽車的電池，它必須連接到車輪。這就是今天的硅半導(dǎo)體的樣子。當(dāng)電能從電池傳輸?shù)杰囕啎r(shí)，有30%甚至更多的能量在傳輸過程中損失。如果在轉(zhuǎn)換器中使用GaN超導(dǎo)體，可以使用更小的電池，或者使用同樣大小的電池，進(jìn)一步提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。

可以通過GaN技術(shù)使電動(dòng)汽車的內(nèi)部效率更高。這可能有助于緩解“范圍焦慮”。當(dāng)然，你會(huì)覺得它充電很慢，不會(huì)很快充滿油箱。