2018全球第3代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展回顧及展望

綜合法國市場研究公司優(yōu)樂（Yole）和英國市場調(diào)查機(jī)構(gòu)馬基特（IHS Markit）的數(shù)據(jù)，2018年全球碳化硅（SiC）電力電子器件市場規(guī)模約3.9億美元，氮化鎵（GaN）電力電子器件市場規(guī)模約0.5億美元，兩者合計市場規(guī)模在4.4億美元左右，占整體電力電子器件市場規(guī)模的比例達(dá)到3.4%左右。IHS Markit預(yù)計，SiC和GaN電力電子器件預(yù)計將在2020年達(dá)到近10億美元。Yole統(tǒng)計，2018年全球3W以上GaN射頻器件（不含手機(jī)PA）市場規(guī)模達(dá)到4.57億美元，預(yù)計到2023年市場規(guī)模將達(dá)到13.24億美元，年復(fù)合增長率超過23%。

技術(shù)層面，SiC同質(zhì)外延和Si基GaN異質(zhì)外延片商業(yè)化最大尺寸為6英寸，8英寸產(chǎn)品也已開發(fā)出。據(jù)第3代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（CASA）統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，商業(yè)化SiC肖特基二極管最高耐壓達(dá)3 300V，最高工作溫度下的電流小于 60A；SiC金屬—氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）目前最高耐壓為1 700V，最高工作溫度下電流在65A以下；全SiC功率模塊耐壓達(dá)到3 300V，最高電流達(dá)到800A，并已開發(fā)出6 500V樣品；硅（Si）基GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）朝集成化方向發(fā)展，最高電壓為650V，室溫下（25℃）最大電流為120A，創(chuàng)下新高。商業(yè)化RF GaN HEMT工作頻率達(dá)到25GHz，最大功率實現(xiàn)1 800W。此外，2018年，眾多企業(yè)也推出GaN單片微波集成電路（MMIC）產(chǎn)品。

產(chǎn)業(yè)層面，2018年，因應(yīng)電動汽車、光伏等市場拉動，第3代半導(dǎo)體電力電子器件供不應(yīng)求，國際電力電子器件廠商紛紛啟動擴(kuò)產(chǎn)，如美國Ⅱ—Ⅵ公司、日本昭和電工株式會社（以下簡稱“昭和電工”）、日本羅姆（ROHM）半導(dǎo)體集團(tuán)、美國X—Fab和中國臺灣的漢磊科技股份有限公司（以下簡稱“漢磊科技”）等均已發(fā)布擴(kuò)產(chǎn)計劃。此外，2018年，國際第3代半導(dǎo)體SiC和GaN領(lǐng)域（除LED外）企業(yè)間并購活動也相對活躍，共有6起并購案例，披露交易金額接近100億美元。目前來看，雖然GaN射頻器件價格基本達(dá)到用戶可接受范圍，但SiC、GaN電力電子器件價格仍然較高，后續(xù)降低成本，提高產(chǎn)品可靠性，加快市場滲透，仍是行業(yè)努力的重點方向。

1 政產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合，研發(fā)持續(xù)加強(qiáng)

美歐等發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體持續(xù)加大在SiC、GaN等第3代半導(dǎo)體領(lǐng)域的研發(fā)投入（見表1）。據(jù)CASA不完全統(tǒng)計，2018年，美國、歐盟等國家和組織啟動了超過15個研發(fā)項目。其中，美國的研發(fā)支持力度最大。2018年美國能源部（DOE）、國防先期研究計劃局（DARPA）、和美國國家航空航天局（NASA）和電力美國（Power America）等機(jī)構(gòu)紛紛制定第3代半導(dǎo)體相關(guān)的研究項目，支持總資金超過4億美元，涉及光電子、射頻和電力電子等方向，以期保持美國在第3代半導(dǎo)體領(lǐng)域全球領(lǐng)先的地位。此外，歐盟先后啟動了“硅基高效毫米波歐洲系統(tǒng)集成平臺（SERENA）”項目和“5G GaN 2”項目，以搶占5G發(fā)展先機(jī)。

2 國際技術(shù)日漸成熟，產(chǎn)品性能不斷提升

2.1 材料尺寸擴(kuò)大，缺陷持續(xù)降低

SiC同質(zhì)外延和Si基GaN異質(zhì)外延片方面，作為應(yīng)用最廣泛的2種第3代半導(dǎo)體材料，目前商業(yè)化的最大尺寸為6英寸，為進(jìn)一步降低器件成本，業(yè)界已經(jīng)研發(fā)出8英寸產(chǎn)品。其中，8英寸Si基GaN外延片的研發(fā)尤為活躍，2017年以來，業(yè)內(nèi)企業(yè)成功研發(fā)出8英寸Si基GaN外延片，并在8英寸晶圓上成功開發(fā)出GaN電力電子器件（表2）。

金剛石襯底方面，同質(zhì)外延單晶金剛石襯底的尺寸實現(xiàn)2英寸，位錯密度小于103/cm2；Si基異質(zhì)外延金剛石襯底的主流尺寸為3英寸，但位錯密度較高，在107/cm2左右。

氧化鎵（Ga2O3）襯底方面，國際上商用的襯底直徑以10～50mm為主。目前，日本Tamura公司已經(jīng)實現(xiàn)2英寸β—Ga2O3襯底的產(chǎn)業(yè)化，且已經(jīng)研發(fā)出6英寸襯底。

2.2 器件性能提升，新品不斷推出

2.2.1 SiC電力電子器件

商業(yè)化的SiC肖特基二極管目前最高耐壓為3 300V，最高工作溫度（100～190℃）下的電流在60A以下。SiC肖特基二極管的耐壓達(dá)到3 300V，但主要產(chǎn)品耐壓范圍還集中在650V和1 200V左右，1700V和3 300V（Gene SiC，3300V/0.3A）產(chǎn)品較少。最高工作溫度（100～190℃）下SiC二極管的電流在60A（United SiC，650V/60A）以下。

國際主要企業(yè)最新推出的SiC肖特基二極管產(chǎn)品電壓集中在650V、1200V，以可編程邏輯控制器（MPS）、勢壘控制肖特基整流管（JBS）結(jié)構(gòu)為主（見表3）。MPS與JBS器件結(jié)構(gòu)類似，但工作原理不同。JBS二極管有源區(qū)中的p—n結(jié)結(jié)構(gòu)是用來防止反向阻斷時其肖特基勢壘的降低，以獲得減小其漏電流的作用；而MPS二極管中的p—i—n結(jié)結(jié)構(gòu)則是為獲得高擊穿電壓而設(shè)置。

目前，國際上已經(jīng)商業(yè)化的SiC MOSFET目前最高耐壓為1 700V，最高工作溫度（100～160℃）下電流在65A以下（見圖1）。目前，國際上商業(yè)化的SiC MOSFET耐壓在1 700V以下，主要有650V、900V、1 200V和1 700V四個電壓層次；最高工作溫度（100～160℃）下SiC MOSFET的最大電流為65A（羅姆，650V/65A@100℃），閾值電壓最高達(dá)到5.6V。業(yè)內(nèi)生產(chǎn)SiC JFET的企業(yè)較少，Mouser上只有UnitedSiC在銷售SiC JFET產(chǎn)品，耐壓在650V、1200V，最高工作溫度下的最大電流為62A（650V/62A@100℃）（見表4）。

2.2.2 GaN電力電子器件

國際上已經(jīng)商業(yè)化的Si基GaN HEMT最高電壓為650V，室溫下（25℃）最大電流為120A；創(chuàng)下新高。Si基GaN HEMT的耐壓在650V以下，其中，GaN Systems的產(chǎn)品耐壓為650V和100V，而EPC的產(chǎn)品耐壓集中在200V以下。室溫下Si基GaN HEMT的最大電流為120A@650V，由GaN Systems生產(chǎn)。

GaN電力電子器件朝著集成化方向發(fā)展，解決方案不斷完善。目前，市場上GaN電力電子器件解決方案分為3種：第一分立式，開關(guān)器件+外部驅(qū)動器；第二多片集成，將開關(guān)器件和驅(qū)動器封裝在一起；第三單片集成，將柵極驅(qū)動集成到開關(guān)器件，可以消除高頻工作時的互連電感，提升效率，并節(jié)省空間。GaN電力電子器件適用于中低功率（目前功率大約在kW級以下水平），分立式方案是目前最成熟的一種解決方案，但集成度的提高是未來的發(fā)展趨勢。2018年以英飛凌、Exagan和EPC為代表的企業(yè)分別推出了分立式、多片集成和單片集成GaN電力電子器件解決方案（表5）。

多家企業(yè)發(fā)布圖騰柱（Totem）功率因數(shù)校正（PFC）參考設(shè)計，最大程度發(fā)揮GaN電力電子器件優(yōu)勢?；趫D騰柱拓?fù)?，GaN可以實現(xiàn)更高的性能、更高的功率密度、更小的尺寸和更低的整體系統(tǒng)成本。2018年3月，Transphorm發(fā)布了一個完整的3.3kW連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）無橋圖騰柱功率因數(shù)校正（PFC）參考設(shè)計，用于高壓GaN電源系統(tǒng)。德州儀器也推出了一種緊湊的滿載設(shè)計功率為1.6kW、開關(guān)頻率為1MHz圖騰柱PFC轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計，用于服務(wù)器、電信和工業(yè)電源，使用自產(chǎn)的600V GaN器件。

2.2.3 GaN射頻器件

商業(yè)化的射頻GaN HEMT工作頻率達(dá)到25GHz，最大功率實現(xiàn)1 800W。據(jù)Mouser官網(wǎng)數(shù)據(jù)，RF GaN HEMT最高工作頻率達(dá)到25 GHz（由Qorvo生產(chǎn)）；輸出功率最高達(dá)到1 800W（1.0～1.1GHz，由Qorvo生產(chǎn)），集中在500W以下。

基于SiC基GaN的軍用L波段射頻晶體管的輸出功率實現(xiàn)新高。2018年3月，Qorvo推出業(yè)內(nèi)最高功率的GaN—on—SiC射頻晶體管，在65V工作電壓下輸出功率達(dá)到1.8kW，工作頻率在1.0～1.1GHz；2018年6月，在收購英飛凌的LDMOS和GaN射頻業(yè)務(wù)后，Cree也推出L波段1.2kW GaN HEMT，這些器件均可用于L波段航空電子設(shè)備和敵我識別（IFF）應(yīng)用領(lǐng)域（表6）。

2.3 模塊產(chǎn)品漸多，凸顯材料優(yōu)勢

2.3.1 SiC功率模塊

商業(yè)化的全SiC功率模塊耐壓達(dá)到3 300V，最高電流達(dá)到800A，已開發(fā)出6 500V樣品。2018年1月，三菱電機(jī)宣布已成功開發(fā)出6.5kV耐壓等級全SiC功率模塊，該模塊采用單芯片構(gòu)造和新封裝（HV100封裝），在1.7kV到6.5kV同類功率模塊中實現(xiàn)了世界最高等級的功率密度（9.3kVA/cm3），見表7。與Si IGBT模塊相比，全SiC功率模塊具有高效、節(jié)能及小型化等突出優(yōu)勢。業(yè)內(nèi)企業(yè)一直致力于用全SiC功率模塊逐步取代傳統(tǒng)的Si功率模塊（表7）。

2.3.2 GaN射頻模塊

商業(yè)化的GaN功率放大器工作頻率高達(dá)31GHz。對應(yīng)到我國公布的5G頻段，3.3～3.6GHz頻率范圍內(nèi)射頻功率放大器的最高功率達(dá)到100W，4.8～5GHz頻率內(nèi)最高功率達(dá)到50W。除分立的功率模塊外，GaN也已經(jīng)應(yīng)用于單片微波集成電路（MMIC）。2018年，MACOM、Custom MMIC和Cree等企業(yè)紛紛推出新的GaN MMIC模塊產(chǎn)品（表8）。

3 國際企業(yè)積極擴(kuò)產(chǎn)，產(chǎn)品后續(xù)降價可期

3.1 產(chǎn)品供不應(yīng)求，企業(yè)積極擴(kuò)產(chǎn)

電動汽車銷量快速增長拉動電力電子器件市場需求。據(jù)國際能源署（IEA）預(yù)測，到2030年，在全球銷售的純電動汽車臺數(shù)將達(dá)到2017年的15倍，增至2150萬輛。隨著純電動汽車銷量的成倍增加，車用電力電子器件的市場規(guī)模也將快速擴(kuò)大。以SiC和GaN為代表的第3代半導(dǎo)體電力電子器件具有高效節(jié)能、小型化等諸多優(yōu)點成為關(guān)注焦點。

國際傳統(tǒng)電力電子器件大廠紛紛發(fā)力汽車市場。2018年3月，世界最大的電力電子器件生產(chǎn)企業(yè)德國英飛凌與上海汽車宣布成立合資企業(yè)，為中國市場生產(chǎn)汽車級框架式IGBT模塊。排名第2的美國安森美半導(dǎo)體公司也將以車載半導(dǎo)體為中心，擴(kuò)充電力電子器件產(chǎn)品。此外，日本電力電子器件生產(chǎn)企業(yè)東芝、三菱電機(jī)和富士電機(jī)也紛紛投資百億日元規(guī)模資金用于擴(kuò)產(chǎn)純電動汽車用半導(dǎo)體電力電子器件。

市場需求增長，第3代半導(dǎo)體尤其是SiC生產(chǎn)企業(yè)積極擴(kuò)產(chǎn)。隨著已經(jīng)廣泛應(yīng)用的開關(guān)電源、光伏逆變和剛開啟應(yīng)用的新能源汽車功率變換等下游需求的快速增長，2017年以來SiC電力電子器件處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。為了應(yīng)對日益增長的需求，SiC產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)紛紛開始擴(kuò)產(chǎn)。2018年，SiC外延片生產(chǎn)企業(yè)美國Ⅱ—Ⅵ和日本昭和電工、電力電子器件IDM制造企業(yè)日本羅姆、電力電子器件代工企業(yè)美國X—Fab和中國臺灣的漢磊科技均已發(fā)布擴(kuò)產(chǎn)計劃（表9）。

3.2 企業(yè)并購活躍，產(chǎn)業(yè)持續(xù)整合

據(jù)CASA不完全統(tǒng)計，2018年，國際第3代半導(dǎo)體行業(yè)SiC和 GaN領(lǐng)域有6起并購案例，披露的交易金額接近100億美元。其中，美國Microchip收購Microsemi的交易對價就達(dá)到了83.5億美元，是2018年國際第3代半導(dǎo)體領(lǐng)域最大的并購交易。但實際上，Microsemi的業(yè)務(wù)以Si集成電路為主，其第3代半導(dǎo)體業(yè)務(wù)（SiC SBD和MOSFET）占比很小。從被收購企業(yè)所在產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)來看，2018年的并購交易以器件環(huán)節(jié)為主，其次是材料生長和加工環(huán)節(jié)。從并購類型來看，以產(chǎn)業(yè)鏈橫向并購為主，此外，部分電路保護(hù)企業(yè)通過跨界收購的方式切入SiC電力電子器件領(lǐng)域（表10）。

產(chǎn)業(yè)鏈橫向并購方面，美國Cree以3.45億歐元收購德國英飛凌射頻業(yè)務(wù)，增強(qiáng)Cree在射頻封裝方面的技術(shù)實力；英國IQE花費(fèi)500萬美元收購澳大利亞Silex Systems旗下子公司Translucent公司擁有的cREO（TM）技術(shù)和IP組合，進(jìn)一步增強(qiáng)IQE的Si基化合物半導(dǎo)體外延生長能力；整合單片機(jī)、混合信號、模擬器件和閃存專利解決方案的供應(yīng)商美國Microchip斥資83.5億美元收購美國半導(dǎo)體企業(yè)Microsemi，擴(kuò)展Microchip在通信、航空和國防等多個終端市場的市占率。英飛凌以1.39億美元收購初創(chuàng)企業(yè)Siltectra，將一種高效的晶體材料加工工藝“冷切割”技術(shù)收入囊中。

跨界并購方面，電路保護(hù)企業(yè)美國Littelfuse以6.55億美元收購功率半導(dǎo)體企業(yè)美國IXYS，完善公司在功率控制領(lǐng)域的產(chǎn)品組合；電氣保護(hù)與控制、先進(jìn)材料供應(yīng)商法國美爾森（Mersen）收購法國CALY Technologies 49%的股份，這項投資將鞏固CALY的SiC電流限制器件（Current Limiting Devices）和肖特基二極管器件等產(chǎn)品組合，為電氣保護(hù)和電力轉(zhuǎn)換應(yīng)用提供突破性的創(chuàng)新產(chǎn)品。

3.3 產(chǎn)品價格仍高，后續(xù)降價可期

目前，SiC、GaN電力電子的價格仍然較高，GaN射頻器件價格基本達(dá)到用戶可接受范圍。2018年由于產(chǎn)品供不應(yīng)求，SiC電力電子器件的價格較年初有所上漲。SiC電力電子器件的價格是同規(guī)格Si器件的5～10倍左右，而Si基GaN HEMT電力電子器件（600～650V）的價格比SiC器件高50%以上。整體而言，SiC、GaN電力電子器件的價格離業(yè)界可普遍接受的價格（約是Si產(chǎn)品價格的2～3倍）還有較大距離，產(chǎn)品的快速滲透有賴于后續(xù)生產(chǎn)成本的降低。射頻器件方面，RF GaN HEMT的價格較年初有所下降，已經(jīng)降到Si LDMOS價格的3倍以內(nèi)，在系統(tǒng)層面已經(jīng)達(dá)到用戶可接受的范圍，隨著技術(shù)的不斷成熟，后續(xù)仍有較大降價空間。

3.3.1 電力電子器件

據(jù)CASA對Mouser和Digikey數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，截至2018年12月，業(yè)內(nèi)累計推出了超過790個品類SiC器件，較1月增加19.3%，其中二極管600個，分立半導(dǎo)體模塊81個，晶體管113個；以及207個電力電子GaN HEMT，1月份時該數(shù)量只有15個，產(chǎn)品類型實現(xiàn)大幅增長。從供應(yīng)廠家來看，有21家企業(yè)提供SiC電力電子產(chǎn)品，5家企業(yè)提供GaN電力電子產(chǎn)品。

目前有包括英飛凌（Infineon）、Rohm、Cree、STM等20家企業(yè)提供SiC肖特基二極管產(chǎn)品。截至2018年12月，產(chǎn)品類型最多的企業(yè)分別為ROHM、Infineon、Cree和STM，其提供的產(chǎn)品占比達(dá)53.2%。從上述4家產(chǎn)品對比來看，R O H M和C r e e產(chǎn)品價格較高，S T M產(chǎn)品價格最低。

SiC肖特基二極管價格是同規(guī)格Si快恢復(fù)二極管（FRD）的5倍左右。最高工作溫度下，耐壓600V SiC肖特基二極管的平均價格為4.80元/A，是600V Si FRD的平均價格（1.02元/A）的4.7倍；1200V SiC肖特基二極管產(chǎn)品的平均價格為7.54元/A，約是1200V Si FRD的平均價格（1.32元/A）的5.7倍；650V和1700V SiC肖特基二極管平均價格分別2.84元/A和24.41元/A。

SiC MOSFET價格約是同規(guī)格Si IGBT的8～13倍。目前有包括Cree和美高森美等8家企業(yè)提供SiC晶體管產(chǎn)品。最高工作溫度下，耐壓650V SiC MOSFET的平均價格為4.18元/A，是650V Si IGBT的平均價格（0.35元/A）的11.9倍；1200V SiC MOSFET產(chǎn)品的平均價格為7.05元/A，約是1200V Si IGBT的平均價格（0.87元/A）的8.1倍；900V和1700V SiC MOSFET平均價格分別3.78元/A和11.31元/A，分別為Si IGBT的平均價格的3.4倍和3.3倍。

電力電子Si基GaN HEMT產(chǎn)品品類大幅增加，但價格較高。目前有包括EPC、GaN Systems等5家企業(yè)對外銷售電力電子Si基GaN HEMT器件。EPC產(chǎn)品耐壓全部位于350V及以下，除GaN Systems有5款產(chǎn)品的耐壓為100V外，其他產(chǎn)品耐壓均在600～650V。室溫（25℃）下，600～650V產(chǎn)品的平均價格為6.39元/A，價格高于以最高工作溫度下電流計量的SiC MOSFET產(chǎn)品，而350V及以下產(chǎn)品價格的平均值為2.30元/A。

3.3.2 射頻器件

RF GaN HEMT價格跨度較大，價格略有下降。目前有包括Qorvo、Cree、NXP和MACOM等4家企業(yè)對外銷售170個類型的RF GaN HEMT器件，產(chǎn)品報價范圍為90～9000元/只。平均價格為23.78元/W，較年初下降約7.65%，已經(jīng)降到Si LDMOS平均價格（8.50元/W）的3倍以內(nèi)。4家企業(yè)中MACOM主要產(chǎn)品為Si基GaN射頻器件，Qorvo、Cree和NXP主要生產(chǎn)SiC基GaN射頻器件。其中，MACOM的Si基GaN射頻器件的頻率在6GHz以下，產(chǎn)品價格與SiC基GaN射頻器件相當(dāng)。

4 SiC應(yīng)用領(lǐng)域拓展，射頻市場滲透加快

4.1 電力電子器件市場

4.1.1 第3代半導(dǎo)體電力電子市場規(guī)模達(dá)4.4億美元

據(jù)Yole和IHS Markit數(shù)據(jù)顯示，2018年全球半導(dǎo)體電力電子市場規(guī)模約390億美元，其中，2018年分立器件的市場規(guī)模約130億美元左右，約占整體市場的1/3。推動該市場增長的主要因素為電力基礎(chǔ)設(shè)施的升級、便攜式設(shè)備對高能效電池的需求增長。其中，汽車應(yīng)用市場增速最高，主要?dú)w因于混合動力汽車（HEV）和電動汽車（EV）的數(shù)量日益增長和全球?qū)I車和其他乘用車的需求不斷增加。

綜合參照Yole和IHS Markit的數(shù)據(jù)，2018年SiC電力電子器件市場規(guī)模約3.9億美元，GaN電力電子器件市場規(guī)模約0.5億美元，兩者合計市場規(guī)模在4.4億美元左右，占整體電力電子器件市場規(guī)模的比例達(dá)到3.4%左右。

第3代半導(dǎo)體電力電子市場成長空間廣闊。據(jù)IHS Markit預(yù)計，SiC和GaN電力電子器件預(yù)計將在2020年達(dá)到近10億美元，受益于混合動力及電動汽車、電力和光伏（PV）逆變器等方面的需求增長，自2017起，由于SiC和GaN電力電子器件在混合動力和電動汽車的主傳動系逆變器中的應(yīng)用開啟，SiC和GaN電力電子器件市場年復(fù)合增長率（CAGR）將超過35%，到2027年達(dá)到100億美元。

據(jù)Yole預(yù)測，在汽車等應(yīng)用市場的帶動下，到2023年SiC電力電子器件市場規(guī)模將增長至14億美元，復(fù)合年增長率接近30%。目前，S i C電力電子器件市場的主要驅(qū)動因素是功率因數(shù)校正（P F C）和光伏應(yīng)用中大規(guī)模采用的S i C二極管。然而，得益于SiC MOSFET性能和可靠性的提高，3～5年內(nèi)，SiC MOSFET有望在電動汽車傳動系統(tǒng)主逆變器中獲得廣泛應(yīng)用，未來5年內(nèi)驅(qū)動SiC器件市場增長的主要因素將由S i C二極管轉(zhuǎn)變?yōu)镾iC MOSFET。

據(jù)IHS Markit預(yù)測，到2020年G a N電力電子晶體管在同等性能的情況下，將會達(dá)到與S i MOSFET和IGBT持平的價格，到2024年G a N電力電子器件市場預(yù)計將達(dá)到6億美元。IHS Markit認(rèn)為，G a N電力電子器件有可能憑借成本優(yōu)勢，取代價格較高的S i C M O S F E T，成為2020年代后期逆變器中的首選。

4.1.2 可靠性獲認(rèn)可，開啟汽車市場

第3代半導(dǎo)體電力電子器件加速開啟汽車市場。據(jù)Yole統(tǒng)計，2018年，國際上有20多家汽車廠商已經(jīng)在車載充電機(jī)（OBC）中使用SiC SBD或SiC MOSFET。此外，特斯拉Model 3的逆變器采用了意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的全SiC功率模塊，該功率模塊包含2個采用創(chuàng)新芯片貼裝解決方案的SiC MOSFET，并通過銅基板實現(xiàn)散熱。目前幾乎所有汽車制造商，特別是中國企業(yè)，都計劃于未來幾年在主逆變器中應(yīng)用SiC電力電子器件。

截至2018年3月，GaN Systems宣布其GaN E—HEMT器件的合格性測試時間已超過1萬h，10倍于JEDEC資格要求的1 000h，增強(qiáng)了早期采用者對GaN晶體管的可靠性的信心。除獲得JEDEC認(rèn)證外，多家企業(yè)的GaN HEMT產(chǎn)品相繼獲得汽車級認(rèn)證。2017年Transphorm公司推出第一款同時通過JEDEC和AEC—Q101認(rèn)證的GaN場效應(yīng)晶體管（650V、49mΩ）。2018年5月，EPC的2款GaN電力電子器件產(chǎn)品EPC2202（80V、脈沖電流75A、16mΩ）、EPC2203（80V、脈沖電流18A、73mΩ）首次獲得汽車AEC—Q101認(rèn)證。據(jù)IHS Markit分析，由于GaN晶體管可能率先突破大尺寸外延瓶頸從而降低價格，相較SiC MOSFET， GaN晶體管可能會成為2020年代后期逆變器中的首選。

4.2 GaN射頻器件市場

4.2.1 GaN射頻器件滲透率超過25%

GaN射頻器件已成功應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，以無線基礎(chǔ)設(shè)施和國防應(yīng)用為主，還包括衛(wèi)星通信、民用雷達(dá)和航電、射頻能量等領(lǐng)域。據(jù)Yole統(tǒng)計，2018年全球3W以上GaN射頻器件（不含手機(jī)PA）市場規(guī)模達(dá)到4.57億美元，在射頻器件市場（包含Si LDMOS、 GaAs和GaN）的滲透率超過25%。預(yù)計到2023年市場規(guī)模將達(dá)到13.24億美元，年復(fù)合增長率超過23%。

4.2.2 國防、基站雙擎拉動，射頻產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展

國防是GaN射頻器件最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。由于對高性能的需求和對價格的不敏感，國防市場為GaN射頻器件提供了廣闊的發(fā)展空間。據(jù)Yole統(tǒng)計，2018年國防領(lǐng)域GaN射頻器件市場規(guī)模為2.01億美元，占GaN射頻器件市場的份額達(dá)到44%，超過基站成為最大的應(yīng)用市場。全球國防產(chǎn)業(yè)沒有減緩的跡象，GaN射頻器件在國防領(lǐng)域的市場規(guī)模將隨著滲透率的提高而繼續(xù)增長，預(yù)計到2023年，市場規(guī)模將達(dá)到4.54億美元，2018—2023年均復(fù)合增速為18%。

基站是GaN射頻器件第2大應(yīng)用市場。據(jù)Yole統(tǒng)計，2018年基站領(lǐng)域GaN射頻器件規(guī)模為1.5億美元，占GaN射頻器件市場的33%的份額。隨著5G通信的實施，2019—2020年市場規(guī)模會出現(xiàn)明顯增長。預(yù)計到2023年，基站領(lǐng)域GaN射頻器件的市場規(guī)模將達(dá)到5.21億美元，2018—2023年均復(fù)合增長率達(dá)到28%。

（本文節(jié)選自第3代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟《2018第3代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，有刪減）

10.19599/j.issn.1008-892x.2019.05.009