半導(dǎo)體大佬撐腰之下 GaN功率半導(dǎo)體能取代MOSFET？

　　在更快、更省電系統(tǒng)的發(fā)展推動(dòng)下，(GaN)基元器件市場(chǎng)正在走熱。

　　今天，GaN廣泛用于LED的生產(chǎn)，它在射頻(RF)市場(chǎng)也正在加速布局。GaN基功率半導(dǎo)體市場(chǎng)在經(jīng)過幾次失敗的預(yù)熱啟動(dòng)和令人失望的結(jié)果之后，終于開始起飛。

　　“對(duì)GaN的需求無處不在，”GaN功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的先驅(qū)之一高效功率轉(zhuǎn)換(EPC)公司的首席執(zhí)行官Alex Lidow說?！白畲蟮膽?yīng)用是LiDAR(激光雷達(dá))、4G/5G LTE基站的信號(hào)跟蹤、用于服務(wù)器和電信設(shè)備的DC-DC轉(zhuǎn)換器。無線充電市場(chǎng)現(xiàn)在仍然很小，但我預(yù)計(jì)，到2020年它將成為我們的三大應(yīng)用之一?！?/p>

　　GaN功率器件和其他類型的功率半導(dǎo)體用于功率電子領(lǐng)域?；旧希β孰娮釉O(shè)備利用各種固態(tài)電子部件，在從智能手機(jī)充電器到大型發(fā)電廠的任何事物中，更有效地控制和轉(zhuǎn)換電能。在這些固態(tài)部件中，芯片處理開關(guān)和電源轉(zhuǎn)換功能。

　　對(duì)于這些應(yīng)用而言，GaN是種理想的選擇。GaN基于鎵和III-V族氮化物，是一種寬帶隙工藝，意味著它比傳統(tǒng)的基于硅的器件更快，而且能夠提供更高的擊穿電壓。

　　問題是，一般來說，硅基功率半導(dǎo)體可以為許多應(yīng)用提供足夠的性能，而且比GaN更便宜。 此外，GaN基功率半導(dǎo)體器件是采用相對(duì)更加昂貴且復(fù)雜的硅基氮化鎵工藝制造的。

　　市場(chǎng)研究公司IHS的分析師表示：“GaN半導(dǎo)體已經(jīng)開始在整個(gè)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)中取得一些進(jìn)展，但直到目前為止，它的市場(chǎng)規(guī)模依然很小?！白畲蟮奶魬?zhàn)來自于價(jià)格、技術(shù)的接受度和(需要更多的)教育/支持。

　　據(jù)報(bào)道，電源模塊和功率分立器件的市場(chǎng)總額預(yù)計(jì)將從2015年的119億美元增長(zhǎng)到2016年的127億美元，在2016年的整個(gè)127億美金中，基于GaN的功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)預(yù)僅有1000萬美金，雖然起點(diǎn)很低，但Yole預(yù)計(jì)該業(yè)務(wù)從2016年到2021年將以每年86%的速度增長(zhǎng)。

　　預(yù)計(jì)GaN基功率半導(dǎo)體市場(chǎng)將飛速增長(zhǎng)，這種形勢(shì)已吸引許多公司進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)。根據(jù)報(bào)道，EPC、GaN系統(tǒng)、英飛凌、松下和Transphorm已經(jīng)開始出貨這種器件。 此外，Dialog、恩智浦、安森美半導(dǎo)體、TI等公司正在開發(fā)GaN基功率半導(dǎo)體器件。

　　除了這些設(shè)計(jì)公司之外，還有兩家代工廠-臺(tái)積電和穩(wěn)懋半導(dǎo)體能夠提供GaN工藝?，F(xiàn)在，臺(tái)灣聯(lián)華電子的一個(gè)業(yè)務(wù)部門Wavetek也計(jì)劃進(jìn)軍GaN代工業(yè)務(wù)。

　　什么是功率半導(dǎo)體?

　　功率半導(dǎo)體被設(shè)計(jì)用來提升系統(tǒng)的效率以及減少能量損失?？墒菍?shí)際上，出于兩個(gè)方面的原因-傳導(dǎo)和開關(guān)切換，設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)能量損失。根據(jù)松下的說法，傳導(dǎo)損耗是因?yàn)槠骷旧泶嬖谧杩?，而開關(guān)損耗則發(fā)生在on和off狀態(tài)間。

　　因此，業(yè)界的想法是尋找到一種阻抗更低、開關(guān)速度更快的晶體管技術(shù)。除了這兩個(gè)因素之外，原始設(shè)備制造商還會(huì)考慮電壓、電流、負(fù)載、溫度、芯片尺寸、成本等因素。

　　今天，有幾種可供選擇的功率半導(dǎo)體技術(shù)。入門級(jí)市場(chǎng)需求由傳統(tǒng)功率MOSFET滿足，它用于10V-500伏的應(yīng)用。功率MOSFET基于垂直晶體管架構(gòu)，在20世紀(jì)70年代開發(fā)問世。

　　功率半導(dǎo)體廠商之間的廝殺主要集中在兩個(gè)中檔電壓區(qū)段 - 600伏和1200伏。這種電壓區(qū)間的主要應(yīng)用包括適配器、汽車、開關(guān)電源和太陽能逆變器。

　　針對(duì)這種電壓區(qū)間的應(yīng)用，原始設(shè)備制造商有四種選擇，包括兩種硅基解決方案和兩種寬帶隙技術(shù)解決方案。其中，超級(jí)結(jié)功率MOSFET和IGBT是目前主導(dǎo)這種市場(chǎng)應(yīng)用的兩種硅基技術(shù)。

　　超級(jí)結(jié)功率MOSFET和IGBT基于橫向器件結(jié)構(gòu)，用于五百伏到九百伏的應(yīng)用。同時(shí)，IGBT結(jié)合了MOSFET和雙極晶體管的特性，能夠用于400伏到1萬伏之間的應(yīng)用。

　　超級(jí)結(jié)MOSFET和IGBT不需要使用先進(jìn)的制造工藝，它們可以使用300mm晶圓生產(chǎn)，使得它們相對(duì)而言更加便宜。