在過去的幾十年中，碳化硅和氮化鎵技術的進步一直以發(fā)展、行業(yè)接受度不斷提高和有望實現(xiàn)數(shù)十億美元收入為特征。第一個商用 SiC 器件于 2001 年以德國英飛凌的肖特基二極管的形式問世。隨之而來的是快速發(fā)展，到 2026 年，工業(yè)部門現(xiàn)在有望超過 40 億美元。

2010 年，當總部位于美國的 EPC 交付其超快速開關晶體管時，GaN 首次驚艷了整個行業(yè)。市場采用率尚未與 SiC 相匹配，但到 2026 年，功率 GaN 收入可能達到 10 億美元。

每種技術未來市場成功的秘訣在于電動和混合動力電動汽車。對于 SiC 而言，EV/HEV 市場確實是最佳選擇——預計超過 25 億美元的市場中至少 60% 將來自該領域。

特斯拉于 2017 年啟動了 SiC 功率器件市場，成為第一家在其 Model 3 中添加 SiC MOSFET 的汽車制造商。該器件來自意法半導體，集成了內部主逆變器設計。其他汽車制造商也迅速效仿，包括現(xiàn)代、比亞迪、蔚來、通用汽車等。

中國吉利汽車最近宣布，它正在與日本羅姆公司合作，為其電動汽車開發(fā)基于 SiC 的牽引逆變器。蔚來汽車是中國對特斯拉的回應，它將在其車輛中實施基于 SiC 的電驅動系統(tǒng)。與此同時，汽車制造商和半導體制造商比亞迪一直在為其全線電動汽車開發(fā) SiC 模塊。

去年，中國電動客車制造商宇通透露，將在客車動力總成中使用 StarPower China 制造的 SiC 功率模塊。這些模塊使用Wolfspeed的 SiC 器件。

現(xiàn)代將把英飛凌用于 800V 電池平臺的基于 SiC 的功率模塊集成到電動汽車中。在日本，豐田正在其 Mirai 燃料電池電動汽車中使用電裝的 SiC 增壓功率模塊。與此同時，通用汽車剛剛與 Wolfspeed 簽約，為其電動汽車電力電子設備供應 SiC。

歐洲汽車制造商接受 SiC 的速度較慢，但變革正在進行中。6 月，雷諾和意法半導體聯(lián)手開發(fā)用于 EV 和 HEV 的 SiC 和 GaN 器件。預計戴姆勒、奧迪和大眾將很快發(fā)布更多公告。

對于 Wolfspeed、英飛凌、意法半導體、ROHM 和 Onsemi 而言，重要的是，汽車 OEM 也更愿意從多個來源購買晶圓和設備，以確保可靠供應?？紤]到中國和其他國家向 SiC 供應鏈投入的巨額資金，銷量只會繼續(xù)上升。

在此過程中，棘手的成本問題也正在得到解決。在組件級別，硅 IGBT 比 SiC 同等產(chǎn)品便宜得多，并且不會很快從電源應用中消失。但一級制造商和 OEM 表示，將高功率密度 SiC 應用到逆變器設計中，由于需要更少的組件而節(jié)省了空間和重量，從而降低了系統(tǒng)級的成本。

但這會給 GaN 帶來什么影響？這種寬帶隙半導體尚未見證 SiC 在電動汽車領域的成功。但由于其高頻操作和效率，原始設備制造商要么對這項技術懷有濃厚的興趣，要么正在進行開發(fā)計劃。

GaN功率器件已經(jīng)出現(xiàn)在小批量、高端的光伏逆變器中，并且越來越多地用于包括智能手機在內的一系列移動設備的快速充電器中。事實上，愛爾蘭的 Navitas、美國的 Power Integrations 和中國的 Innoscience 都在為蓬勃發(fā)展的快速充電器市場制造 GaN 功率 IC。

鑒于這一活動，預計 2021 年 GaN 功率器件的收入將達到 1 億美元左右。但隨著 GaN 器件供應商希望進入其他市場以提高產(chǎn)量，這一數(shù)字預計到 2026 年將增至 10 億美元。而 EV/HEV市場是最先關注的。

在電動汽車中使用 GaN 還為時過早。許多功率 GaN 廠商已開發(fā)并通過自動認證的 650V GaN 器件，用于 EV/HEV 中的車載充電器和 DC/DC 轉換，并已與汽車企業(yè)建立了無數(shù)合作伙伴關系。

例如，加拿大 GaN Systems 向美國電動汽車初創(chuàng)公司 Canoo 提供其設備用于車載充電器，并且還與加拿大電動汽車電機驅動供應商 FTEX 合作，將 650V GaN 功率設備集成到電動滑板車系統(tǒng)中。與此同時，總部位于加州的 Transphorm 與汽車供應商 Marelli 合作，提供車載充電和 DC/DC 轉換設備。

意法半導體預計將向雷諾提供其尚未通過汽車認證的設備，用于電動汽車應用。EPC 目前提供符合汽車標準的低壓 GaN 器件，它正在與法國的 Brightloop 合作，為非公路和商用車輛開發(fā)價格合理的電源轉換器。去年，德州儀器 (TI) 還對其 650-V GaN 器件進行了汽車應用認證。

但隨著車載充電器和 DC/DC 細分市場的發(fā)展勢頭強勁，對于 GaN 而言，從字面上看，數(shù)十億美元的問題是，該技術能否成為 EV 動力總成的主逆變器，獲得與 SiC 技術相當?shù)母弋a(chǎn)量？

早期的行業(yè)發(fā)展表明這是可能的。

2020 年 2 月，荷蘭Nexperia與英國顧問 Ricardo 合作開發(fā)基于 GaN 的 EV 逆變器設計。該公告緊隨其后，以色列 VisIC Technologies 公司與德國汽車供應商 ZF 合作開發(fā)用于 400V 傳動系統(tǒng)應用的 GaN 半導體。

然后，在 9 月，GaN Systems 與寶馬簽署了一項價值 1 億美元的協(xié)議，為這家德國汽車制造商的電動汽車提供制造 GaN 功率器件的能力，這為 OEM 認真對待 GaN 提供了確鑿的證據(jù)。

在另一個真正重要的發(fā)展中，Navitas 將通過與特殊目的收購公司 Live Oak Acquisition 合并成為一家市值 10.4 億美元的上市公司。這家 GaN 功率 IC 廠商最近宣布，它將為總部位于瑞士的 Brusa HyPower 提供用于車載充電器和 DC/DC 轉換器的器件。作為一家上市公司，它打算大力支持 EV/HEV 和其他市場的產(chǎn)品開發(fā)。

除了這些交易、合作伙伴關系和合并之外，GaN 模塊的早期工作還表明，化合物半導體正在追隨 SiC 的腳步，行業(yè)參與者正在為更廣泛的行業(yè)整合做準備。例如，GaN Systems 正在為設計工程師提供電源評估模塊套件，而 Transphorm 一直在與 Fujitsu General Electronics 合作開發(fā)針對工業(yè)和汽車應用的 GaN 模塊。

那么，SiC 和 GaN 的下一步是什么？隨著功率 SiC 器件制造商預期價值數(shù)十億美元的 EV 市場，GaN 會獲得同樣的成功嗎？在傳動系統(tǒng)逆變器中廣泛采用 GaN 的 OEM 將從根本上影響市場預測。但眼下，我們只能拭目以待。