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域目前備受推崇的新型創(chuàng)新技術，但仍有挑戰(zhàn)需要克服，尤其是高成本和低可靠性。

在應對氣候變化和近期能源危機等挑戰(zhàn)時，當務之急是降低電子設備的功耗和發(fā)熱。

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

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，功率半導體廠商高管討論當前和未來的挑戰(zhàn)/圍繞 GaN/SiC 功率晶體管的機會。我們特別關注它的生產和流行。

雖然討論相當強調 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達到與 MOSFET 相似或更低的水平，但要趕上產量還需要數十年的時間。

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，我們應該朝著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，“目前的遺留應用在未來 10 到 15 年或更長時間內將繼續(xù)使用硅 MOSFET。MOSFET 將繼續(xù)增長。預計 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。“它比 MOSFET 更便宜。”

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

Infineon Technologies 高級負責人 Gerald Deboy 表示：“目前硅占整個市場的 95%。當然 SiC/GaN 的增長速度非?？臁Ｎ覀兪?SiC等各種技術都需要得到保障，以便走在設計的前沿，提供 GaN 和 GaN 之間的高度差異化，而硅填補了這些空白，至少在未來十年內所有技術都將共存。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 功率產品高級總監(jiān) Guy Moxey 表示：“到 2021 年，硅 MOSFET 分立模塊的功率半導體市場規(guī)模將達到 280 億美元，而 SiC 約為 20 億美元，GaN 約為 10 億美元?！钡?030年，預計還需要幾個設計周期，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。

據小組成員稱，到 2023 年，對于某些低壓應用，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 技術是低電壓應用的理想選擇，但對于結合使用這兩種技術的汽車應用，可靠性仍面臨挑戰(zhàn)。

Power Integrations 市場營銷和應用工程副總裁 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，制造商正在投資數十億美元來提高產能以滿足需求。

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。”

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

但我們還需要數年時間才能提高產量、獲得更多設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