第三代半導體碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）具備高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率等物理特性，因此其天然適合對高溫、高功率、高壓、高頻以及抗輻射等惡劣條件要求較高的應用，被視為電力電子領域的顛覆性技術。
4月29日，TrendForce集邦咨詢化合物半導體分析師龔瑞驕在“2022集邦咨詢化合物半導體線上交流會”上介紹了第三代半導體市場現狀以及對未來的展望。
第三代半導體在“新基建”領域發揮重要作用
近年來中國大力發展新基建，其中包括5G基站、數據中心、新能源汽車充電樁、軌道交通等七大領域以及底層的可再生能源，而以SiC和GaN為首的第三代半導體則正是支撐新基建發展的核心半導體材料，因此也迎來了巨大的市場機會，備受資本青睞。
據TrendForce集邦咨詢統計，2021年至今已有許多從事第三代半導體事業的相關廠商獲得融資，碳化硅領域有泰科天潤、瀚薪、同光晶體、天域半導體、瞻芯、派恩杰、芯粵能等，氮化鎵領域則有GaNSystems、CGD、IVWorks、VisIC、英諾賽科、晶湛半導體、鎵未來等等。
“近年來第三代半導體業者也在積極登陸資本市場，去年Wolfspeed和Navitas分為作為碳化硅和氮化鎵行業領頭羊成功完成上市，今年國內的山東天岳也已經登陸科創板，海外Transphorm公司則成功轉板登陸納斯達克，另外GaNSystems、Odyssey、天科合達、同光晶體等廠商也正在籌備IPO，整個產業的資本熱度持續高居不下。”龔瑞驕談道。
汽車、光伏儲能等應用帶動SiC市場迅速擴大
功率半導體產業發展的核心驅動力是能源轉換革命。受益于新能源汽車、光伏儲能、智能電網、工業自動化等下游應用市場需求的多點爆發，功率半導體市場迎來了此輪高景氣周期。
據TrendForce集邦咨詢預測，2022年SiC/GaN功率半導體市場規模將成長至18.4億美金，至2025年可達52.9億美金。其中，汽車和消費電子應用分別主導著SiC和GaN功率市場發展。
“汽車應用將占據2022年SiC市場近67%份額，其中特斯拉貢獻了絕大部分營收，其他參與車企還包括現代、比亞迪、蔚來、小鵬等。”龔瑞驕分析道。隨著新能源車滲透率不斷提高，SiC將大規模上車應用，特別是在800V高壓平臺中。“相較于Si-basedIGBT，SiC功率模塊在800V高壓系統中的優勢將會進一步放大，未來或將成為800V汽車動力總成系統中的標配功率半導體元件。”
值得注意的是，目前SiC已被應用至汽車主驅逆變器、OBC、DC-DC等組件中，其中主驅逆變器是SiC核心價值所在。
目前國際上主流的車規級SiC玩家主要有STM、Infineon、Wolfspeed、ROHM和Onsemi，均已與各大領先車企建立了全面合作關系。近年來，亦有眾多中國廠商在積極推進本土車規SiC進程，并取得了不錯的進展，其中包括瀚薪、泰科天潤、派恩杰、瞻芯、愛仕特等，以及從事SiC模塊封裝的比亞迪、斯達、芯聚能等。
另外，快速增長的SiC工業市場亦不容小覷，重點應用場景為光伏逆變器以及UPS等，Infineon正憑借IGBT優勢在此快速擴大市場。陽光電源、SMA等廠商已經開始推進SiC替代方案，期待提升光伏逆變器功率密度，進一步降低度電成本。在軌道交通應用中，各國正在加大力度開發基于SiC技術的交通工具。
另外，SiC消費電子市場規模也在不斷擴大，比較典型的便是與GaN功率元件搭配共同應用至快速充電頭中。
GaN功率元件于消費電子市場率先放量，工業、汽車應用潛力巨大
現階段GaN功率市場由消費電子主導，快速充電頭是當前GaN功率元件的最大應用領域，今年三星亦在其S22旗艦機旅行適配器中搭載了Navitas與GaNSystems產品，這再次印證了國際大廠對GaN快充產品的認可。
截止目前，三星、小米、OV、戴爾、聯想等手機及PC大廠均已在其適配器產品中搭載GaN功率元件。除此以外，GaN功率元件亦將在超薄電視等其他消費電子場景發揮重要作用。
數據中心、通信基站、光伏逆變器等工業市場亦開始逐步采納GaN替代方案，其中數據中心和通信基站作為耗電大戶，GaN電力電子技術可助力終端設備降低電力成本，并提高運行效率。與此同時，中國已開啟龐大的“東數西算”工程，相信這將很大程度上促進GaN技術進一步滲透。
至于可再生能源方面，GaN功率元件十分適合戶用微型逆變器，Navitas已與美國Enphase等領先廠商展開合作，共同推動GaN技術應用。
另外，GaN汽車市場同樣備受期待，雖目前其規模仍然太小，但寶馬、緯湃科技等車企或Tier1已經躍躍欲試，期待借助GaN技術生產出性能更佳的動力系統組件，例如OBC、DC-DC、逆變器等。
另外GaN的高速特性作用于車載激光雷達優勢明顯，EPC等公司長期致力于此，可助力激光雷達看得更遠、更快、更清晰。相信未來隨著硅基氮化鎵元件向高耐壓邁進，以及垂直結構器件不斷突破，GaN將有望與SiC共同搶占高壓汽車組件市場。
結語
第三代半導體SiC和GaN通過突破Si性能極限，來開拓高端應用市場，也將在部分與Si交叉領域達到更高的性能和更低的系統性成本，因此被視為后摩爾時代材料創新的關鍵角色。
