半導體大佬撐腰之下 GaN功率半導體能取代MOSFET？

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

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

　　“對GaN的需求無處不在，”GaN功率半導體市場的先驅(qū)之一高效功率轉(zhuǎn)換(EPC)公司的首席執(zhí)行官Alex Lidow說。“最大的應用是LiDAR(激光雷達)、4G/5G LTE基站的信號跟蹤、用于服務器和電信設備的DC-DC轉(zhuǎn)換器。無線充電市場現(xiàn)在仍然很小，但我預計，到2020年它將成為我們的三大應用之一?！?/p>

　　GaN功率器件和其他類型的功率半導體用于功率電子領域?；旧?，功率電子設備利用各種固態(tài)電子部件，在從智能手機充電器到大型發(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。

　　對于這些應用而言，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，硅基功率半導體可以為許多應用提供足夠的性能，而且比GaN更便宜。 此外，GaN基功率半導體器件是采用相對更加昂貴且復雜的硅基氮化鎵工藝制造的。

　　市場研究公司IHS的分析師表示：“GaN半導體已經(jīng)開始在整個功率半導體市場中取得一些進展，但直到目前為止，它的市場規(guī)模依然很小。“最大的挑戰(zhàn)來自于價格、技術(shù)的接受度和(需要更多的)教育/支持。

　　據(jù)報道，電源模塊和功率分立器件的市場總額預計將從2015年的119億美元增長到2016年的127億美元，在2016年的整個127億美金中，基于GaN的功率半導體業(yè)務預僅有1000萬美金，雖然起點很低，但Yole預計該業(yè)務從2016年到2021年將以每年86%的速度增長。

　　預計GaN基功率半導體市場將飛速增長，這種形勢已吸引許多公司進入這個市場。根據(jù)報道，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、安森美半導體、TI等公司正在開發(fā)GaN基功率半導體器件。

　　除了這些設計公司之外，還有兩家代工廠-臺積電和穩(wěn)懋半導體能夠提供GaN工藝?，F(xiàn)在，臺灣聯(lián)華電子的一個業(yè)務部門Wavetek也計劃進軍GaN代工業(yè)務。

　　什么是功率半導體?

　　功率半導體被設計用來提升系統(tǒng)的效率以及減少能量損失。可是實際上，出于兩個方面的原因-傳導和開關(guān)切換，設備可能會出現(xiàn)能量損失。根據(jù)松下的說法，傳導損耗是因為器件本身存在阻抗，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)。除了這兩個因素之外，原始設備制造商還會考慮電壓、電流、負載、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體技術(shù)。入門級市場需求由傳統(tǒng)功率MOSFET滿足，它用于10V-500伏的應用。功率MOSFET基于垂直晶體管架構(gòu)，在20世紀70年代開發(fā)問世。

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

　　針對這種電壓區(qū)間的應用，原始設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，超級結(jié)功率MOSFET和IGBT是目前主導這種市場應用的兩種硅基技術(shù)。

　　超級結(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用。同時，IGBT結(jié)合了MOSFET和雙極晶體管的特性，能夠用于400伏到1萬伏之間的應用。

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