SiC和GaN，會(huì)把硅功率器件趕出歷史舞臺(tái)？

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

云計(jì)算、虛擬宇宙的大型數(shù)據(jù)中心以及新型智能手機(jī)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(shí)間。

在德國(guó)慕尼黑舉辦的歐洲最大的電子展electronica 2022上，美國(guó)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(lái)的挑戰(zhàn)/圍繞 GaN/SiC 功率晶體管的機(jī)會(huì)。我們特別關(guān)注它的生產(chǎn)和流行。

雖然討論相當(dāng)強(qiáng)調(diào) GaN/SiC 功率晶體管的優(yōu)勢(shì)，但也明確表示硅 MOSFET 不會(huì)很快消失。盡管 GaN 晶體管的制造成本已經(jīng)達(dá)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(shí)間。

Navitas Semiconductor 企業(yè)營(yíng)銷(xiāo)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(shí)，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。”說(shuō)。

很明顯，這兩種化合物最終將取代硅 MOSFET 和雙極晶體管。問(wèn)題是什么時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)，會(huì)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(lái) 10 到 15 年或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)將繼續(xù)使用硅 MOSFET。MOSFET 將繼續(xù)增長(zhǎng)。預(yù)計(jì) GaN 功率晶體管的低迷不僅在速率上，也在茶涼增長(zhǎng)上，但價(jià)格會(huì)像雙極型晶體管一樣繼續(xù)上漲，這是長(zhǎng)期周期的一個(gè)方面?！八?MOSFET 更便宜?！?/p>

業(yè)界預(yù)計(jì) GaN/SiC 組合功率晶體管將在 2030 年達(dá)到 MOSFET 的市場(chǎng)價(jià)值。

Infineon Technologies 高級(jí)負(fù)責(zé)人 Gerald Deboy 表示：“目前硅占整個(gè)市場(chǎng)的 95%。當(dāng)然 SiC/GaN 的增長(zhǎng)速度非?？臁Ｎ覀兪?SiC等各種技術(shù)都需要得到保障，以便走在設(shè)計(jì)的前沿，提供 GaN 和 GaN 之間的高度差異化，而硅填補(bǔ)了這些空白，至少在未來(lái)十年內(nèi)所有技術(shù)都將共存。如果你看看 SiC 的增長(zhǎng)/GaN，GaN 的增長(zhǎng)速度比 SiC 快得多，盡管 GaN 略微落后于 SiC。機(jī)會(huì)正在擴(kuò)大，”他說(shuō)。

Wolfspeed 功率產(chǎn)品高級(jí)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(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 280 億美元，而 SiC 約為 20 億美元，GaN 約為 10 億美元?！钡?030年，預(yù)計(jì)還需要幾個(gè)設(shè)計(jì)周期，SiC市場(chǎng)規(guī)模將在200億美元左右，GaN市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)5-60億美元，有望達(dá)到各自的規(guī)模，“ 他說(shuō)。

據(jù)小組成員稱，到 2023 年，對(duì)于某些低壓應(yīng)用，GaN 的價(jià)格將與 MOSFET 持平。在價(jià)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(jì)在 2023 年上半年具有可比的系統(tǒng)價(jià)格。同時(shí)，它們的要小三分之一. 它更小更輕，為移動(dòng)計(jì)算行業(yè)提供了強(qiáng)大的價(jià)值主張。

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

Power Integrations 市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)和應(yīng)用工程副總裁 Doug Bailey 說(shuō)：“GaN 面臨的主要問(wèn)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(xiàng)戰(zhàn)略來(lái)集成 GaN 和 SiC。”

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(lái)提高產(chǎn)能以滿足需求。

ROHM Semiconductor Europe 汽車(chē)事業(yè)部和電源系統(tǒng)總監(jiān) Aly Mashaly 表示：“我們?cè)缇椭肋@需要時(shí)間，2016 年我們宣布了有史以來(lái)最大的投資?！惫?a target="_blank">芯片，以及我們自己的模塊制造工廠。”

對(duì)于小組成員來(lái)說(shuō)，SiC 和 GaN 的前進(jìn)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(shí)間才能提高產(chǎn)量、獲得更多設(shè)計(jì)勝利并達(dá)到電子行業(yè)具有競(jìng)爭(zhēng)力所需的價(jià)格點(diǎn)。

審核編輯 ：李倩