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功率半导体市场,是否有中国企业一席之地?

时间:07-07 来源:3721RD 点击:

器件发展各异,国内外产业规模差距大
国际上,美国科锐(Cree)公司 2003 年率先推出 SiC 产品,但并没有引起市场注意,直到2010 年以后,业界才真正开始关注 SiC功率器件,一些厂家如Cree、Rohm、Infineon、ST、Microsemi陆续推出相关产品。

在国内,SiC 功率器件的研究始于 20 世纪末, 直到 2014 年,国内 SiC 二极管实现了量产化,但并没有形成完整产业链,与国外的产业规模相比有很大差距。目前,国内实现碳化硅(SiC)功率器件量产的公司只有泰科天润半导体等几家,其量产的肖特基二极管 600~1700V系列各项指标均已达到国际先进水平。

市场接受度加速提升,未来保持高增长
2014 年全球 Si 功率器件市场规模约 150亿美元, 其中 SiC 功率器件为 1.2 亿美元,不到 Si 功率器件的 1%。 据 Yole développement 分析,SiC 器件 2014 年总市场规模约为 1.33亿美元,至 2020 年市场规模可达 4.36 亿美元,年复合增长率为 22。据 IHS 机构预测,至 2025 年:碳化硅 MOSFET 市场规模将会超越 3 亿美元,成为仅次于碳化硅肖特基二极体的第二大碳化硅离散功率元件;

SiC FETs 与 BJTs 产品获得市场信赖,但多应用于专业或小众产品,规模远低于 SiC MOSFET 市场;

结合 SiC 二极管与 Si IGBT 所形成的混合式 SiC 功率模组,2015年该产品市场销售额约为3,800 万美元,预计 2025 年销售额将会突破 10 亿美元。

考虑到在售价上能与传统 MOSFET 竞争的 900V SiC MOSFET 产品上市,SiC 功率半导体产品平均售价已于 2015 年开始出现下滑。随着价格降低,市场将会加快接纳 SiC 功率半导体产品的步伐。

4.2 GaN--微波射频/功率器件多领域应用潜力无限
性能优异,GaN 功率器件更能满足高频应用GaN材料具有 3 倍于 Si 材料的禁带宽度、 10 倍于 Si 的临界击穿电场和2.5 倍于 Si 的饱和漂移速度,特别是基于 GaN 的 Al GaN/GaN 结构具有更高的电子迁移率,使得 GaN 器件具有低导通电阻、高工作频率,能满足下一代电子装备对功率器件更大功率、更高频率、更小体积和更恶劣高温工作的要求。

光电/射频领域应用普及,GaN 材料/工艺成本逐年下降GaN 材料原先被用为如蓝色 LED 等 LED类产品的主要原料,但是由于 GaN具有高硬度与高能隙的特性,并且 GaN 功率元件可以在硅基质(silicon substrates)上成长,在面积与整体成本考量上,也具有比碳化硅元件

光电/射频领域应用普及,GaN 材料/工艺成本逐年下降
GaN 材料原先被用为如蓝色 LED 等 LED 类产品的主要原料,但是由于GaN具有高硬度与高能隙的特性,并且 GaN 功率元件可以在硅基质(silicon substrates)上成长,在面积与整体成本考量上,也具有比碳化硅元件更划算的可能性,因此也被运用在高功率半导体元件中。

随着 GaN 材料在光电器件领域的广泛应用,加速了 GaN 材料的发展,特别是大直径硅衬底GaN 外延生长技术的进步以及逐步商业化,使得 GaN具有更低廉的成本价格,有力地促进了GaN 功率半导体器件的发展。预计到 2020 年,Si 基 GaN 元件售价会和 Si 基 MOSFET 以及Si 基 IGBT售价相当。

国际厂商开始发力,角逐 GaN 功率器件市场
基于 GaN 器件的优异性能,众多国际厂商如 Infineon、ST、NXP(已被高通收购)等近年来竞相追逐此领域市场,虽然从目前来看,GaN 器件成本相对于 Si、 SiC 仍然较高,但得益于 GaN材料在其他领域的普及应用,使得成本下降成为必然趋势,GaN 产品未来长期前景看好。

目前基于 GaN 的功率开关器件主要包括 Al GaN/GaN HEMT(HFET)、GaN基 MOSFET 和MIS-HEMT 等结构。其中,Al GaN/GaN HEMT 具有工艺简单、技术成熟、优良的正向导通特性和高的工作频率等优点,成为 GaN 功率开关器件中最受关注的结构。

目前基于 6 英寸硅基 GaN 平台,IR 公司和 EPC 公司分别推出了 30V 和100V/200V 的 GaN 场效应电力电子器件, 600V-900VGaN 器件在近期也将推向市场。以欧洲微电子研究中心为代表的研发机构正开展 8 英寸硅基GaN 电力电子器件研究。

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