[據今日半導體網站2019年7月3日報道] 根據全球市場調查公司最新發布的報告,2025年,氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)功率半導體市場的市值將由4億多美元增至30億美元以上。
功率半導體裝置在各種功率設備中的廣泛應用,促進了GaN和SiC功率半導體市場的發展。該公司指出,傳統硅基器件的耗材高,就快接近規定的上限,而碳化硅與氮化鎵的擊穿場強高于硅,因此它們風靡于各種相關行業。不僅如此,GaN和SiC的帶隙更大、熱能更高,能承受更高的溫度和電壓,用來替代硅也較為合適。這兩種化合物制成的設備在光伏(Pv)逆變器、混合動力裝置等領域占有一席之地,GaN和SiC功率半導體市場因而得到了蓬勃發展。
各大電力行業都飽受設備能耗高的困擾,這個問題在電力轉換過程中尤為凸顯,因此,功率的高低是確保設備良好性能的一個關鍵性因素。要想讓功率達到理想標準,耗費的成本也就更高了。因此,電力行業都在尋找更為合適的材料,可以讓功率達到所需標準的同時又節省成本。在此背景下,GaN和SiC功率半導體市場迎來了春天,實現快速增長。由這兩種化合物制成的寬帶隙(WBG)器件使得制造高功率密度、封裝較為嚴密的電子設備不再那么遙不可及。功率半導體行業致力于制造更輕、成本更低的部件,GaN和SiC電力半導體市場也就有了發展的契機。
在多種功率半導體設備中,GaN能夠增強電子性能,提高功率容量,因此,GaN功率器件的發展潛力較大。GaN具備高功率密度、系統小型化與功率容量高等特點,在晶體管領域就比硅更具優勢。多年以來,功率半導體行業多采用硅來制造器件,不過,企業現在愈發注重提高大功率系統GaN器件的可靠性。GaN器件的產量呈指數式增長,有望于帶動GaN和SiC功率半導體市場的增長。
半導體產業的發展狀況是影響GaN和SiC功率半導體市場的關鍵因素之一。根據半導體工業協會(SIA)發布數據,倘若按地區劃分,美國半導體工業的銷售額占全球近一半之多,2018年,該地區半導體設備的銷售額超過了2000億美元。據悉,美國半導體工業將其收益的五分之一都用于研發,這也是為何美國能成為全球半導體市場的重要地帶。
據估計,GaN和SiC功率半導體市場將在可再生能源應用中大放異彩。有了GaN和SiC功率半導體制成的設備,PV逆變器就能更高效地完成電力轉換。碳化硅嵌入式PV逆變器的開關損耗更低、系統效率更高。SiC器件可令PV逆變器減少散熱、提高功率密度、減小無源元件的尺寸。太陽能PV逆變器的廣泛應用或將帶動印度和中國等國家GaN和SiC功率半導體市場的發展。報告指出,這些國家鼓勵使用可再生能源的舉措,為功率器件打開了市場。根據印度新能源和可再生能源部(MNRE)發布的數據,包括印度在內的國家正積極致力于提高太陽能產能,以實現2022年太陽能產能達到175千兆瓦的目標。此外,2016年到2017年間,印度的風能產能增加了5.5千兆瓦。以上數據均預示了GaN和SiC功率半導體市場潛力巨大。
該報告指出,絕緣柵雙極晶體管(IGBT)模塊的廣泛應用是促進GaN和SiC功率半導體市場發展的一個重要因素,IGBT模塊在地鐵、電力傳動柴油機車、有軌電車與高鐵等鐵路牽引動力領域也大受歡迎。SiC具備高功率、低能耗的特點,因而得以應用于IGBT模塊。像ABB公司這樣的自動化企業會在鐵路應用中使用提供IGBT模塊。
報告還指出,器件成本較高在一定程度上也制約了GaN和SiC功率半導體市場發展。多年來,半導體行業都在使用傳統硅材料制造的功率器件,一時半會還無法棄用傳統硅,選用GaN這樣的材料制造功率器件。縱是如此,GaN和SiC的優勢和特性還是會推動GaN和SiC功率半導體市場的發展。
諸多公司愈發青睞于制造體型更小、效率更高的功率半導體設備,三菱電氣公司(Mitsubishi Electric Corp)、英飛凌科技公司(Infineon Technologies AG)、羅姆半導體公司(ROHM Semiconductor)與恩智浦半導體(NXP Semiconductors)是GaN和SiC功率半導體市場的一些主要參與者。這些公司都致力于相關設備的研發(R&D),GaN和SiC功率半導體市場的技術水平也因而突飛猛進。舉個例子,2018年,英飛凌科技公司公司將其收益的11%都用于功率半導體的研發。與此同時,該公司正嘗試提高功率半導體的產能,具體措施包括在2018年5月大批量生產碳化硅MOSFET產品。