SiC和GaN的生產和成本挑戰(zhàn)快速采用

SiC和GaN的生產和成本挑戰(zhàn)快速采用

硅沒了？還沒有。雖然氮化鎵 (GaN) 和碳化硅 (SiC) 功率晶體管現在被譽為電源管理的新革命，但仍有許多挑戰(zhàn)需要克服，尤其是成本高，而且在許多情況下可靠性低。

減少電子設備的功耗和熱量對于應對氣候變化和當前能源危機的挑戰(zhàn)至關重要。

我們將繼續(xù)投資用于云計算的大型數據中心，可能還有虛擬宇宙，以及新的智能手機和其他小型電子設備。SiC 和 GaN 都有助于減小尺寸、熱量和功耗，但這些技術要成為常態(tài)還需要時間。

在 2022 年電子展上，幾位專家談到了 GaN 和 SiC 功率晶體管當前和未來的挑戰(zhàn)和機遇，重點是生產和采用率。

在強調這兩種技術優(yōu)勢的討論中，很明顯硅 MOSFET 不會很快消失。雖然GaN晶體管的生產成本已經達到MOSFET的水平甚至更低，但要趕上量產還需要很多年，甚至幾十年。

“當雙極晶體管變成 MOSFET 時，第一次功率革命發(fā)生了；現在，我們正在經歷第二次革命，無論是 GaN 還是 SiC，硅都已經消失了，”Navitas Semiconductor 公司營銷和投資者關系副總裁 Stephen Oliver 說?！叭绻腥讼朐诩舛?、前沿工作，無論是集成，還是最高電壓，純粹的世界，氮化鎵、碳化硅都是可行的方法?！?

這兩種化合物替代硅 MOSFET 和雙極晶體管的前景十分明朗。問題是何時以及以何種代價發(fā)生。

Efficient Power Conversion 首席執(zhí)行官 Alex Lidow 說：“我們永遠不會看到 MOSFET 的終結。10 年或 15 年后，今天的傳統應用將留在硅 MOSFET 中。MOSFET的增長率可能會下降，甚至單位增長率可能會下降，但價格會像雙極晶體管一樣上漲。所以這是一個長周期方面。氮化鎵功率晶體管的生產成本已經低于 MOSFET?！?

到 2030 年，業(yè)界預計 GaN 和 SiC 的結合將達到 MOSFET 的市場價值。

“今天，95% 的市場是純硅；當然，SiC 和 GaN 的發(fā)展速度要快得多，”英飛凌科技高級負責人 Gerald Deboy 說?！白鳛橐患夜?，我們需要擁有所有技術才能設計出碳化硅和氮化鎵之間的先進差異化設計。與此同時，硅仍然填補了一個空洞，我們預計所有技術至少在十年內共存。......如果你看看碳化硅和氮化鎵的發(fā)展速度，GaN 略微落后于 SiC，但 GaN 的發(fā)展速度非?？?，我們看到了很多機會?！?

“去年，硅 MOSFET 分立模塊的功率半導體市場規(guī)模為 280 億美元，”Wolfspeed 功率產品高級總監(jiān) Guy Moxey 表示，“碳化硅接近 20 億美元，而我認為 GaN 剛剛徘徊在 10 億美元以下。所以顯然很小。如果你看一下數據報告所說的 2030 年，那并不遙遠，兩到三個設計周期，SiC 市場將接近 200 億美元，我認為 GaN 市場將達到 5 至 3 美元60 億美元，也許還不止這些。”

小組成員相信，對于某些低壓應用，明年 GaN 的價格將與 MOSFET 的價格相當。“在價格方面，如果你看一下 65-W USB Power Delivery 充電器，我們估計明年上半年氮化鎵和硅的系統價格將相同，”O(jiān)liver 說。“與此同時，它的體積和重量都減少了 3 倍，因此對于移動計算行業(yè)來說是一個非常有價值的主張?！?

GaN 技術是低電壓應用的理想選擇，但在將兩種技術結合的汽車應用中使用時存在一些可靠性問題。

“我們在使用氮化鎵時遇到的主要問題是它非常、非?？欤阂陔姼星闆r下使用它，你需要減慢它的速度，并且你需要限制你必須處理的寄生電感量，”Power Integrations 營銷和應用工程副總裁 Doug Bailey 說?！拔覀兊膽?zhàn)略是整合 GaN 部分和 SiC 部分。我們有用于汽車系統的碳化硅版本的產品。我們將它們與控制器集成到同一個包中?！?

SiC 可以在更高的電壓下工作，但與硅相比更難制造。這就是為什么該行業(yè)正在投資數十億美元來提高產能以滿足需求的原因。

“多年來，我們已經知道這需要時間；2016 年，我們的總裁宣布了我們公司歷史上最高的投資，”羅姆半導體歐洲公司汽車部門和電力系統總監(jiān) Aly Mashaly 說?！拔覀児疽灿写怪闭舷到y；我們有自己的原材料基板工廠，也有制造硅芯片和模塊的工廠?！?

對于小組成員來說，道路是清晰的，技術是可靠的。需要幾年時間才能提高產量、贏得更多設計并達到電子行業(yè)具有競爭力所需的價格點。

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