《GaN和SiC功率半导体市场在2021年将超过10亿美元》

  • 来源专题:集成电路
  • 编译者: Lightfeng
  • 发布时间:2020-07-05
  • 根据Omdia的《 2020年SiC和GaN功率半导体报告》显示,由于混合动力和电动汽车(HEV)、电源和光伏(PV)逆变器的需求,预计到2020年底,碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)功率半导体的全球市场将增长到8.54亿美元,然后在2021年超过10亿美元。未来十年的收入将以两位数的年增长率增长,到2029年将超过50亿美元。

    这些长期的市场预测总额比去年的报告低10亿美元,因为自2018年以来几乎所有应用程序的需求都在放缓。Omdia解释今年所有年份的预测始于2019年,并未考虑到COVID-19大流行的影响。

    到2020年底,SiC MOSFET预计将产生约3.2亿美元的收入,与肖特基二极管的收入相当。从2021年起,SiC MOSFET将以稍快的速度增长,成为最畅销的分立SiC功率器件。虽然实现了良好的可靠性和性能,但是每个SiC JFET的收入预计却将比SiC MOSFET小得多。

    现在,SiC和GaN功率器件都有数万亿小时的器件现场经验。供应商都在通过获得JEDEC和AEC-Q101认证来证明这一点。SiC和GaN器件具有很好的可靠性,通常看起来比硅更好。SiC MOSFET和SiC JFET的工作电压较低,例如650V、800V和900V,这使SiC可以在性能和价格上与Si超结MOSFET竞争。

    尽管氮化镓和碳化硅目前的产能与销售仍是无法和碳材料相比,但是前景是被分析师和产业人士看好的,这需要一个长期的技术打磨,也需要时间验证材料的稳定性。

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    • 编译者:shenxiang
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    • 新兴市场碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)功率半导体预计将在2020年达到近10亿美元,推动力来自混合动力及电动汽车、电力和光伏(PV)逆变器等方面的需求。 SiC和GaN功率半导体在混合动力和电动汽车的主传动系逆变器中的应用,将导致2017之后复合年增长率(CAGR)超过35%,在2027年达到100亿美元。 到2020年,GaN-on-silicon (Si)晶体管预期将会达到与硅金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)持平的价格,同时也会提供相同的优越性能。一旦达到这个基准,2024年GaN电力市场预计将达到6亿美元,2027年攀升至17亿美元以上。 IHS Markit分析 对SiC行业持续强劲增长的预期很高,主要推动力是混合动力和电动汽车销售的增长。 市场的渗透也在增长,特别是在中国,肖特基二极管、MOSFET、结栅场效应晶体管(JFET)和其他SiC分立器件已经出现在量产汽车DC-DC转换器、车载电池充电器之中。 越来越明显的迹象是, 传动系主逆变器——采用SiC MOSFET,而不是Si绝缘栅双极晶体管(IGBT)—将在3-5年内开始出现在市场上 。由于非常多的设备用于主逆变器中,远远多于在DC-DC转换器和车载充电器中的数量,这就会迅速增加设备需求。也许在某个时间点,逆变器制造商最终选择定制全SiC功率模块,而不选择SiC分立器件。集成、控制和封装优化是模块化装配的主要优点。 不仅每辆车的SiC设备数量将会增加,而且对于电池电动汽车(BEV)和插电式混合动力电动汽车(PHEV)的新增全球注册需求也将在2017年和2027年之间增加10倍,因为全球许多政府都锁定目标降低空气污染,同时减少依赖燃烧化石燃料的车辆。中国、印度、法国、英国和挪威都已经宣布计划在未来数十年内禁止搭载内燃机的汽车,代之以更清洁的车辆。电气化车辆的前景一般来说将会因此而变得非常好,特别是对宽禁带半导体而言更是如此。 SiC 与第一代半导体材料Si和第二代半导体材料GaAs相比,SiC具有更优良的物理和化学性质,这些性质包括高热导率、高硬度、耐化学腐蚀、耐高温、对光波透明等。SiC材料优异的热学特性和抗辐照特性也使其成为制备紫外光电探测器的首选材料之一。此外,SiC基传感器能够弥补Si基传感器在高温、高压等恶劣环境下的性能缺陷,从而拥有更广阔的适用空间。 以SiC为代表的宽禁带半导体功率器件是目前在电力电子领域发展最快的功率半导体器件之一。 SiC电力电子器件主要包括功率二极管和三极管(晶体管、开关管)。SiC功率器件可使电力电子系统的功率、温度、频率、抗辐射能力、效率和可靠性倍增,带来体积、重量以及成本的大幅减低。 SiC功率器件应用领域可以按电压划分: 低压应用(600 V至1.2kV):高端消费领域(如游戏控制台、等离子和液晶电视等)、商业应用领域(如笔记本电脑、固态照明、电子镇流器等)以及其他领域(如医疗、电信、国防等) 中压应用(1.2kV至1.7kV):电动汽车/混合电动汽车(EV/HEV)、太阳能光伏逆变器、不间断电源(UPS)以及工业电机驱动(交流驱动AC Drive)等。 高压应用(2.5kV、3.3kV、4.5kV和6.5kV以上):风力发电、机车牵引、高压/特高压输变电等。 SiC器件获得成长的最大抑制因素可能是GaN器件。第一个符合汽车AEC-Q101规范的GaN晶体管在2017年由Transphorm发布,而且在GaN-on-Si外延片上制造的GaN器件具有相当低的成本,也比在SiC晶片上制造任何产品都更为容易。由于这些原因, GaN晶体管可能会成为2020年代后期逆变器中的首选,优于较昂贵的SiC MOSFET 。 Transphorm创新的Cascode结构 近年来,有关GaN功率器件最有趣的故事是GaN系统集成电路(IC)的到来,也就是 将GaN晶体管与硅栅驱动器IC或单片全GaN IC一同封装起来 。一旦它们的性能针对移动电话和笔记本充电器和其他高容量应用得到优化,就很可能在更广泛的范围内大面积普及。相反,商业化的GaN功率二极管发展从未真正开始,因为它们未能提供相对于Si器件更为显著的益处,相关的发展已被证明太过昂贵而且不可行。SiC肖特基二极管已经很好地用于这一目标,并且具有良好的定价路线图。 GaN GaN功率器件和其他类型的功率半导体用于功率电子领域。基本上,功率电子设备利用各种固态电子部件,在从智能手机充电器到大型发电厂的任何事物中,更有效地控制和转换电能。在这些固态部件中,芯片处理开关和电源转换功能。 对于这些应用而言,GaN是种理想的选择。GaN基于镓和III-V族氮化物,是一种宽带隙工艺,意味着它比传统的基于硅的器件更快,而且能够提供更高的击穿电压。
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    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:Lightfeng
    • 发布时间:2020-07-26
    • Omdia在其《2020年SiC和GaN功率半导体报告》中指出,碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)功率半导体市场的业务主导正在由初创企业迅速变为大型功率半导体制造商。过渡期是在市场达到关键规模的情况下进行的,预计到2020年底,收入将增长至8.54亿美元,在2021年超过10亿美元,这得益于混合动力和电动汽车,电源和光伏(PV)逆变器的需求。 SiC和GaN功率半导体行业的起源都是小型初创公司,其中许多现在已经被大型,成熟的硅功率半导体制造商所吞并,并且也有制造商不断进入SiC市场,例如ABB半导体,CRRC时代半导体,PanJit International,东芝和WeEn半导体。 GaN市场初创企业有些仍在发展,并且与成熟的硅功率半导体制造商结成联盟。硅功率半导体制造商很少收购原始初创公司的原因之一是铸造服务提供商的出现,他们完善了GaN-on-Si外延片和器件的生产,建立了可行的无晶圆厂GaN制造商市场。SiC功率半导体行业发生了两次并购,涉及SiC晶圆供应商:意法半导体(STMicroelectronics)收购瑞典Norstel,以及SK Siltron收购杜邦(DuPont)的SiC晶圆业务。 SiC衬底晶圆供应市场正在缓慢增长,许多领先企业宣布了产能扩张计划,但晶圆价格下降得不够快,市场领导者的竞争还不够。Omdia总结说,出现在独立式GaN晶片上的沟槽器件的新开发者,例如NexGen Power Systems和Odyssey Semiconductor,但要普及到器件,还需要很多年。