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  当人们思考电力电子应用将使用哪种宽禁带(WBG)半导体材料时,都会不约而同地想到氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)。这不足为奇。因为氮化镓或碳化硅是电力电子应用中最先进的宽禁带技术。市场研究公司Yole Développement在其报告中指出,电力电子应用材料碳化硅、氮化镓和其他宽禁带材料具有一个更大的带隙,可以进一步提高功率器件性能。
碳化硅SiC晶片增长  
 
n型碳化硅SiC晶片到2020年将以21%的CAGR成长至1.1亿美元
  由碳化硅电力设备市场驱动,n型碳化硅基板市场预计到2020年将以21%的复合年增长率(CAGR)从2014年的0.35亿美元成长至1.1亿美元。 2020年n型碳化硅基板市场规模  
  上图为2020年n型碳化硅基板市场规模(单位:百万美元),左下角显示的是碳化硅晶片市场规模
 
  市场首选的电力电子应用产品中使用的仍然是4英寸晶圆。然而,许多的供应商可以提供高质的6英寸晶圆,用于电力设备中。8英寸碳化硅晶圆由族化合物(II-VI Inc)公司于2015年年中展示。
 
  据悉,6英寸晶圆的平均价格是4英寸晶圆平均价格的2.25倍,6英寸晶圆的价格在2015年年底和2016年年初将会下滑并低于阀值。当然,实现向6英寸晶圆的转换其实只是一个开始。碳化硅器件制造商Rohm刚刚宣布2015年第三季度已经开始实现6英寸晶圆的批量生产。
 
  据Yole称,n型碳化硅SiC基板市场的领先企业排名已经趋于稳定。科锐仍然是市场领导者,道康宁、SiCrystal以及族化合物公司紧随其后。目前有四家中国碳化硅供应商,他们当前宣布的晶片年产能为15万片,预计未来还会有所增长。与此同时,Yole预计像年初北京展示n型6英寸晶片的TankeBlue半导体等中国企业将成为市场挑战的强劲对手。
 
硅基氮化镓晶片开放市场群雄角逐,谁将笑到最后?
  Yole指出,硅基氮化镓(GaN-on-silicon)技术是极富挑战的,因为氮化镓GaN和硅之间的大晶格常数和热膨胀系数(CTE)不匹配。硅基氮化镓的主要问题已经得到解决,许多公司开始实现基于此技术的电力设备的商用。受到设备市场潜力的吸引,不同商家在硅基氮化镓晶片开放市场开始活跃,并思考向其他的设备企业销售其晶片,这些企业包括:
  硅基板供应商纷纷想要爬到价值链顶端,如Siltronic等;
  处在价值链的底端的Episil等设备晶圆代工厂;
  一些LED芯片供应商,如中国的三安光电;
  大的外延片工厂,如IQE;
  Epigan和其他的纯氮化镓外延片工厂。
不同商家硅基氮化镓市场  
 
氮化镓GaN晶片生产现状大放送
  Yole提到,几乎所有的商业化氮化镓是通过氢化物气相外延法(HVPE)生产的,主要应用在光电应用领域。然而,HVPE氮化镓基板超高的错位密度会限制电力开关的使用。
 
  氨热增长预计随着日本三菱化学和美国LED厂商Soraa研制的新的酸性氨热方法的出现而更具竞争力。电力电子设备Na-flux LPE的增长前途一片光明,市场研究公司补充说。
 
  氮化镓晶片巨大市场由日本公司主导,住友电气(Sumitomo Electric)、三菱化工(Mitsubishi Chemical)和日立金属(Hitachi Metals)引领HVPE生产。三菱化工正积极研制氨热增长,而NGK研制Na-flux增长。除日本以外的其他国家目前尚处在小批量生产和研发阶段,其中大多数的企业正在研发面向LED市场的HVPE方法。如果电力电子应用市场采取氮化镓基板(GaN-on-GaN)技术,日本企业将独占鳌头。

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