氮化鎵GaN、碳化硅SiC等寬禁帶材料將成為電力電子未來選擇

　　當(dāng)人們思考電力電子應(yīng)用將使用哪種寬禁帶(WBG)半導(dǎo)體材料時(shí)，都會(huì)不約而同地想到氮化鎵(GaN)或碳化硅(SiC)。這不足為奇。因?yàn)榈壔蛱蓟枋请娏﹄娮討?yīng)用中最先進(jìn)的寬禁帶技術(shù)。市場研究公司Yole Développement在其報(bào)告中指出，電力電子應(yīng)用材料碳化硅、氮化鎵和其他寬禁帶材料具有一個(gè)更大的帶隙，可以進(jìn)一步提高功率器件性能。

　　n型碳化硅SiC晶片到2020年將以21%的CAGR成長至1.1億美元

　　由碳化硅電力設(shè)備市場驅(qū)動(dòng)，n型碳化硅基板市場預(yù)計(jì)到2020年將以21%的復(fù)合年增長率(CAGR)從2014年的0.35億美元成長至1.1億美元。

　　上圖為2020年n型碳化硅基板市場規(guī)模(單位：百萬美元)，左下角顯示的是碳化硅晶片市場規(guī)模

　　市場首選的電力電子應(yīng)用產(chǎn)品中使用的仍然是4英寸晶圓。然而，許多的供應(yīng)商可以提供高質(zhì)的6英寸晶圓，用于電力設(shè)備中。8英寸碳化硅晶圓由族化合物(II-VI Inc)公司于2015年年中展示。

　　據(jù)悉，6英寸晶圓的平均價(jià)格是4英寸晶圓平均價(jià)格的2.25倍，6英寸晶圓的價(jià)格在2015年年底和2016年年初將會(huì)下滑并低于閥值。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)向6英寸晶圓的轉(zhuǎn)換其實(shí)只是一個(gè)開始。碳化硅器件制造商Rohm剛剛宣布2015年第三季度已經(jīng)開始實(shí)現(xiàn)6英寸晶圓的批量生產(chǎn)。

　　據(jù)Yole稱，n型碳化硅SiC基板市場的領(lǐng)先企業(yè)排名已經(jīng)趨于穩(wěn)定?？其J仍然是市場領(lǐng)導(dǎo)者，道康寧、SiCrystal以及族化合物公司緊隨其后。目前有四家中國碳化硅供應(yīng)商，他們當(dāng)前宣布的晶片年產(chǎn)能為15萬片，預(yù)計(jì)未來還會(huì)有所增長。與此同時(shí)，Yole預(yù)計(jì)像年初北京展示n型6英寸晶片的TankeBlue半導(dǎo)體等中國企業(yè)將成為市場挑戰(zhàn)的強(qiáng)勁對手。

　　硅基氮化鎵晶片開放市場群雄角逐，誰將笑到最后?

　　Yole指出，硅基氮化鎵(GaN-on-silicon)技術(shù)是極富挑戰(zhàn)的，因?yàn)榈?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/GaN">GaN和硅之間的大晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配。硅基氮化鎵的主要問題已經(jīng)得到解決，許多公司開始實(shí)現(xiàn)基于此技術(shù)的電力設(shè)備的商用。受到設(shè)備市場潛力的吸引，不同商家在硅基氮化鎵晶片開放市場開始活躍，并思考向其他的設(shè)備企業(yè)銷售其晶片，這些企業(yè)包括：

　　硅基板供應(yīng)商紛紛想要爬到價(jià)值鏈頂端，如Siltronic等;

　　處在價(jià)值鏈的底端的Episil等設(shè)備晶圓代工廠;

　　一些LED芯片供應(yīng)商，如中國的三安光電;

　　大的epi工廠，如IQE;

　　Epigan和其他的純氮化鎵epi工廠。

　　海量氮化鎵GaN晶片生產(chǎn)現(xiàn)狀大放送

　　Yole提到，幾乎所有的商業(yè)化氮化鎵是通過氫化物氣相外延法(HVPE)生產(chǎn)的，主要應(yīng)用在光電應(yīng)用領(lǐng)域。然而，HVPE氮化鎵基板超高的錯(cuò)位密度會(huì)限制電力開關(guān)的使用。

　　氨熱增長預(yù)計(jì)隨著日本三菱化學(xué)和美國LED廠商Soraa研制的新的酸性氨熱方法的出現(xiàn)而更具競爭力。電力電子設(shè)備Na-flux LPE的增長前途一片光明，市場研究公司補(bǔ)充說。

　　氮化鎵晶片巨大市場由日本公司主導(dǎo)，住友電氣(Sumitomo Electric)、三菱化工(Mitsubishi Chemical)和日立金屬(Hitachi Metals)引領(lǐng)HVPE生產(chǎn)。三菱化工正積極研制氨熱增長，而NGK研制Na-flux增長。除日本以外的其他國家目前尚處在小批量生產(chǎn)和研發(fā)階段，其中大多數(shù)的企業(yè)正在研發(fā)面向LED市場的HVPE方法。如果電力電子應(yīng)用市場采取氮化鎵基板(GaN-on-GaN)技術(shù)，日本企業(yè)將獨(dú)占鰲頭。