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氮化镓功率器件进入井喷期:军事宇航份额最高

2014年02月24日 09:27 次阅读

  美国透明度市场研究公司近日发布研究报告称,2012年氮化镓半导体器件市场产值为3.7982亿美元,并将在2019年达到22.0373亿美元。其中,军事国防和宇航部分占据氮化镓半导体市场的最高份额。

  报告称,2013~2019年的复合年增长率也将达到24.6%。美国在全球氮化镓器件市场中占据最大份额,2012年达到32.1%,其次分别是欧洲、亚洲和世界其他地区。而亚洲由于电子产业的快速增长,将是氮化镓半导体器件市场增长最快的地方,2013~2019年的复合年增长率预计将达到27.7%。

  由于对高速、高温和大功率半导体器件需求的不断增长,使得半导体业重新考虑半导体所用设计和材料。随着多种更快、更小计算器件的不断涌现,硅材料已难以维持摩尔定律。由于氮化镓材料所具有的独特优势,如噪声系数优良、最大电流高、击穿电压高、振荡频率高等,为多种应用提供了独特的选择,如军事、宇航和国防、汽车领域,以及工业、太阳能、发电和风力等高功率领域。氮化镓具有比硅更高的能效,因此所需热沉数量少于硅。应用领域的扩展和军事需求的增加是驱动氮化镓半导体器件市场增长的主要力量。需求量的增加主要是由于氮化镓器件所能带来的在器件重量和尺寸方面的显著改进。另外,氮化镓器件击穿电压的提升有望推动氮化镓在电动车辆中的使用量。

  2012年,由于氮化镓光电半导体在军事、宇航、国防和消费电子的使用,使得光电半导体成为全球氮化镓半导体器件市场的主要产品类型,并占据市场的96.6%。其中功率半导体器件将随着工业应用对大功率器件需求的增长成为未来增长速度最快的器件。

  在各种应用中,军事,国防和宇航部分占据氮化镓半导体市场的最高份额,2012年达到8168万美元。消费类电子是第二大应用领域,之后是信息通信技术(ICT)和汽车应用。随着4G网络的发展,对高功率晶体管和基站的需求预计将增加。因此,ICT行业对氮化镓功率半导体的需求将以最快的速率增长。

  全球光子集成电路市场呈现分散和竞争激烈的态势。主要的行业参与者包括日本的富士通(Fujitsu)公司、日亚化学工业株式会社、加拿大的氮化镓系统(GaN System)公司、美国的飞思卡尔(Freescale)半导体公司、国际整流器(IR)公司、科瑞(Cree)公司、射频微系统公司等。

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  氮化镓降低成本可能性大

  首先,在碳化镓部分,IMS Research指出该产品的关键市场为电源供应器、太阳能逆变器、工业用电动机等。再者,法国Yole公司预测氮化镓功率器件在2012年的销售额将达1000万美元,2012年初将是GaN功率组件市场快速起飞的转折点,而整体市场产值将于2013年达到5,000万美元规模,并于2015年快速激增至3亿5,000万美元。

  氮化镓是一种宽能隙材料,它能够提供与碳化硅(SiC)相似的性能优势,但降低成本的可能性却更大。业界认为,在未来数年间,氮化镓功率器件的成本可望压低到和硅MOSFET、IGBT及整流器同等价格。事实上,在过去两年间,氮化镓功率器件已有明显进展,例如国际整流器公司(InternaTIonal RecTIfier)已推出GaNpowIR、EPC推出eGaNFET器件,以及Transphorm推出600伏氮化镓晶体管等。

  其中,国际整流器公司推出的GaNpowIR可满足市场对功率MOSFET愈来愈高的需求,该公司表示,GaNpowIR的FOM能比现在最先进的硅MOSFET优异十倍,并在众多不同的应用皆有庞大的潜能。国际整流器全球业务资深副总裁AdamWhite表示,由于硅材料的功率芯片技术已面临瓶颈,未来效能突破空间有限,国际整流器多年前便已开始投入GaN材料技术研发。

  值得一提的是,为使GaN功率组件拥有较佳的成本结构,包括国际整流器与EPC两家公司,均是采用硅基氮化镓(GaN-on-Silicon)制程技术,如此一来,不仅成本可优于体块式氮化镓(Bulk-GaN),以硅基氮化镓制成的高电子迁移率晶体管(HEMT)也可比同级的SiC组件便宜。除上述业者外,MicroGaN、Furukawa、GaNSystem、Panasonic、Sanken和东芝(Toshiba)等业者也已加入GaN功率半导体领域。

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