SiC 和 GaN：两种半导体的故事

来源：本文由半导体行业观察（ID：icbank）编译自Yole，谢谢。

在过去的几十年里，全球SiC 和 GaN领域的特点是发展、行业接受度不断提高以及有望实现数十亿美元的收入。第一个商用 SiC 器件于 2001 年以德国英飞凌的肖特基二极管形式出现。随之而来的是快速发展，到 2026 年，该行业现在有望达到超过 40 亿美元的市场。

与此同时，GaN 在 2010 年首次让行业专家惊叹不已，当时总部位于美国的 EPC 交付了其超快速开关晶体管。虽然其市场采用率尚未与 SiC 相媲美，但到 2026 年，功率 GaN 收入可能达到 10 亿美元。

每种技术未来市场成功的秘诀在于电动和混合动力电动汽车 (EV/HEV)。事实上，对于 SiC 而言，EV/HEV 市场目前确实是最佳选择——预计整个市场的至少 60%（超过 25亿美元的收入）将来自该领域。

特斯拉于 2017 年启动了 SiC 功率器件市场，当时它成为第一家在其 Model 3 的内部主逆变器设计中添加来自 STMicroelectronics 的 SiC MOSFET 的汽车制造商。其他汽车制造商迅速效仿电动汽车巨头脚步，包括现代、比亚迪、蔚来、通用汽车等。

例如，中国的吉利汽车之前宣布与日本罗姆公司合作，为其电动汽车开发基于碳化硅的牵引逆变器，而蔚来也在其车辆中实施基于碳化硅的电驱动系统。与此同时，OEM 汽车制造商和半导体制造商比亚迪一直在为其整个电动汽车系列开发 SiC 模块。

此外，更早之前，中国电动客车制造商宇通汽车透露，将在其客车动力总成中使用中国 StarPower 制造的 SiC 功率模块。这些模块使用来自美国 Wolfspeed 的 SiC 器件。

在韩国，现代汽车已将英飞凌基于 SiC 的功率模块用于其电动汽车的 800 V 电池平台，而在日本，丰田正在其 Mirai 燃料电池电动汽车中使用 Denso 的 SiC 升压功率模块。在美国，通用汽车也与 Wolfspeed 签约，为其 EV 电力电子设备供应 SiC。

欧洲讲述了一个不同的故事，那里的汽车制造商接受 SiC 的速度较慢，但变化正在发生。去年 6 月，雷诺和 STMicroelectronics 联手开发用于 EV 和 HEV 的 SiC 和 GaN 器件，戴姆勒、奥迪和大众也发布了更多消息。

重要的是，对于 Wolfspeed、英飞凌、STMicroelectronics、ROHM 和 Onsemi 等公司而言，汽车原始设备制造商也更愿意从多个来源购买晶圆和设备，以确保可靠供应。考虑到中国和越来越多的其他国家正在向 SiC 供应链投入巨额资金，销量只会继续上升。

在此过程中，棘手的成本问题也正在得到解决。毫无疑问，在组件层面，硅 IGBT 比 SiC 同类产品便宜得多，而且不会很快从电源应用中消失。但是一级制造商和原始设备制造商已经表示，将高功率密度 SiC 应用到逆变器设计中可以降低系统级成本，因为需要更少的组件可以节省空间和重量。

但这对 GaN 有什么影响呢？这种宽带隙半导体尚未见证 SiC 在 EV/HEV 领域的成功，但由于其高频运行和效率，原始设备制造商要么对该技术怀有浓厚兴趣，要么正在制定开发计划。

功率 SiC 器件市场预测

功率 GaN 器件市场预测

早些年，GaN 功率器件已经可以在小批量、高端光伏逆变器中找到，并且越来越多地用于包括智能手机在内的一系列移动设备的快速充电器中。事实上，爱尔兰的Navitas、美国的Power Integrations，以及中国的Innoscience，都在为新兴的快速充电器市场制造GaN功率IC。

鉴于这一活动，GaN 功率器件的收入在 2021 年达到了约 1 亿美元。但随着 GaN 器件供应商寻求进入其他市场以提高产量，这一数字预计到 2026 年将增至 10 亿美元。EV/HEV市场是第一看点。

电动汽车中的 GaN 还处于早期阶段。许多功率 GaN 厂商已经开发并通过汽车认证 650 V GaN 器件，用于 EV/HEV 中的车载充电器和 DC/DC 转换，并且已经与汽车企业建立了无数合作伙伴关系。

例如，总部位于加拿大的 GaN Systems 向美国 EV 初创公司 Canoo 供应其用于车载充电器的设备，并且还与总部位于加拿大的 EV 电机驱动供应商 FTEX 合作，将 650V GaN 功率设备集成到 e-滑板车。同时，美国Transphorm与汽车供应商Marelli合作，提供车载充电和DC/DC转换设备。

STMicroelectronics 将向雷诺提供其尚未通过汽车认证的器件用于电动汽车应用，而 EPC 现在提供汽车认证的低压 GaN，正在与总部位于法国的 Brightloop 合作开发价格适中的电源转换器，用于 off-公路和商用车。更早之前，德州仪器 (TI) 还对其 650V GaN 器件进行了汽车应用认证。

但随着车载充电器和 DC/DC 细分市场势头强劲，对于 GaN 来说，十亿美元的问题实际上是该技术能否应用于 EV/HEV 动力总成的主逆变器，并获得惊人的高销量和高收入SiC 开始出现了吗？早期的行业发展表明这是可能的。

早前，荷兰的 Nexperia 与英国顾问 Ricardo 合作开发基于 GaN 的 EV 逆变器设计。以色列的 VisIC Technologies 与德国汽车供应商 ZF 合作开发用于 400 V 传动系统应用的 GaN 半导体，此消息迅速发布。

然后，去年 9 月，GaN Systems 与宝马签署了一项价值 1 亿美元的协议，为这家德国汽车制造商的电动汽车提供 GaN 功率器件的制造能力，这是原始设备制造商对 GaN 的认真态度的有力证据。真正重要的一步是，Navitas 将通过与特殊目的收购公司 Live Oak Acquisition 合并，成为一家市值达 10.4 亿美元的上市公司。这家 GaN 功率 IC 厂商最近宣布，它将向总部位于瑞士的 Brusa HyPower 供应用于车载充电器和 DC/DC 转换器的设备，并且作为一家上市公司，它打算将其重点放在 EV/HEV 和其他市场的产品开发上。

除了交易、合作和合并，GaN 模块的早期工作还表明这种化合物半导体正在追随 SiC 的脚步，行业参与者正在为更广泛的行业整合做准备。例如，GaN Systems 正在为设计工程师提供功率评估模块套件，而 Transphorm 一直在与富士通通用电子合作开发面向工业和汽车应用的 GaN 模块。

那么，SiC 和 GaN 的下一步是什么？随着功率 SiC 器件制造商准备迎接 EV/HEV 带来的数十亿美元市场，GaN 是否会经历同样的成功故事？OEM 在动力传动系统逆变器中广泛采用 GaN 将从根本上影响市场预测，但目前我们只能拭目以待。