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我国氮化镓行业市场应用领域不断深入 国内投资快速增长

 嘟嘟7284 2023-03-23 发布于贵州

一、第三代半导体技术不断突破,氮化镓将领跑半导体市场

化工新材料领域是化工行业未来发展的一个重要方向,传统化工行业随着下游需求增速放缓,市占率向龙头集中是大趋势,核心竞争门槛为成本和效率;下游仍处于快速增长的新材料领域则不同,核心的竞争壁垒为研发能力、产业链验证门槛、服务能力等,随着政策支持,国内化工新材料行业有望迎来加速成长期。氮化镓(GaN)可同时涵盖射频和功率领域,特别是在高功率和高频率领域应用效果特别出色;可广泛应用于通信、计算机、消费电子、汽车电子、航空航天、国防军工等传统产业领域;由于商业化进展快,将领跑第三代半导体市场。

化合物半导体主要材料及应用领域

文章图片1

资料来源:中国氮化镓行业发展深度调研与未来投资研究报告(2023-2030年)

根据观研报告网发布的《中国氮化镓行业发展深度调研与未来投资研究报告(2023-2030年)》显示,第三代半导体是指化合物半导体,包括SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)、ZnO(氧化锌)、GaO(氧化镓)、AlN(氮化铝),以及金刚石等宽禁带半导体材料(导带与禁带间能隙差Eg>2.3eV)。第三代半导体具有高击穿电场、高热导率、高电子迁移率、高工作温度等优点。

不同半导体材料性能对比

砷化嫁

碳化硅

氮化嫁

工作频率

小于3.5GHz

2-300GHz

大于3GHz

大于3GHz

禁带宽度(eV)

1.1

1.4

3.3

3.4

电子迁移率(cm2/Vs)

1350

8500

1000

2000

热导率(W/cm.K)

1.49

0.45

4.9

2.1

击穿场强(MV/cm)

0.3

0.4

2.8

3.3

工作温度(摄氏度)

175

350

600

800

资料来源:中国氮化镓行业发展深度调研与未来投资研究报告(2023-2030年)

以SiC和GaN为代表物质制作的器件具有更大的输出功率和更好的频率特性。 GaN作为一种宽禁带材料,和硅等传统半导体材料相比,能够在更高压、更高频、更高温度的环境下运行。

氮化镓器件的优势

文章图片2

资料来源:中国氮化镓行业发展深度调研与未来投资研究报告(2023-2030年)

从结构上看,Si是垂直型的结构,GaN是平面型的结构,这也使得GaN的带隙远大于Si。SiC相比,GaN在成本方面表现出更强的潜力,且GaN器件是个平面器件,与现有的Si半导体工艺兼容性强,这使其更容易与其他半导体器件集成。

GaN具备带隙大( 3.4eV )、 绝缘破坏电场大( 2x 106V/cm )及饱和速度大( 2.7x 107cm/s )等Si及GaAs不具备的特点。由于容易实现异质结构,因此在LED、半导体激光器、高频及高功率元器件等领域的应用不断扩大。

氮化镓器件制作流程以及应用领域

衬底

外延片

器件

应用领域

碳化硅

GaN-on-SiC:4英寸已量产,异质外延

射频型GaNHEMT器件,GaN单片集成电路

射频领域:5G基站功放PA、军用雷达

硅片

GaN-on-Si:4-6英寸为主,异质外延

功率型HEMT器件,650V-900V

电力电子领域:消费电子快充产品、新能源车电机驱动、电源转换

蓝宝石

GaN-on-Sapphire:成本低,异质外延

LED芯片,白光、黄光、Miniled

氮化镓

GaN-on-GaN:性能好成本高,同质外延

LED芯片,紫外及激光器

射频领域:5G基站功放PA、军用雷达

资料来源:中国氮化镓行业发展深度调研与未来投资研究报告(2023-2030年)

硅基和碳化硅基的器件将率先商用:虽然基于GaN衬底的GaN器件,在各个性能指标都处于领先水平,但是衬底价格过高。所以硅基和碳化硅基的GaN器件将会率先商用。

基于不同工艺类型GaN器件性能对比

GaN-on-si

GaN-on-siC

GaN-on-GaN

缺陷密度(缺陷个数/cm2)

1E+9

5E+8

1E+3 to 1E+5

晶格失配(%)

17

3.5

0

热膨胀系数(%)

54

25

0

漏电流

集成可能性

中等

--

衬底价格(4寸,美元/片)

45

600

4000

资料来源:中国氮化镓行业发展深度调研与未来投资研究报告(2023-2030年)

各种类型GaN器件性能对比

类别

优点

缺点

应用

常开型

结构工艺制程简单,成本低

负电压关断,无法用于电力电子系统

射频通信,微波通信,单片集成

常关型

正阈值电压

结构工艺制程复杂,成本高,需要驱动

射频通信和功率电子器件

级联型

门级无需特别驱动,工艺制程简单

通态电阻增大,成本较高

功率电子器件

资料来源:中国氮化镓行业发展深度调研与未来投资研究报告(2023-2030年)

二、氮化镓获政策支持,国内投资不断扩大

自20年前出现首批商业产品以来,GaN已成为射频功率应用中LDMOS和GaAs的重要竞争对手,其性能和可靠性不断提高且成本不断降低。第一批GaN-on-SiC和GaN-on-Si器件几乎同时出现,但GaN-on-SiC技术更加成熟。目前在射频GaN市场上占主导地位的GaN-on-SiC突破了4GLTE无线基础设施市场,并有望在5G的Sub-6GHz实施方案的RRH(RemoteRadioHead)中进行部署。以氮化镓为材料的功率半导体器件可广泛应用于工业、通信、计算机、消费电子、汽车电子、航空航天、国防军工等传统产业领域。

第三代半导体材料行业是我国重点鼓励发展的产业,是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性和基础性产业。“十三五”时期以来,国家层面的政府部门发布了多项关于半导体行业、半导体材料行业的支持、引导政策,这些鼓励政策涉及减免企业税负、加大资金支持力度、建立产业研发技术体系等等。

氮化镓相关政策

时间

发布部门

政策

要点

2021年1月

发改委

《产业结构调整指导目录》

支持产业:半导体、光电子器件、新型电子元器件(片式元器件、电力电子器件、光电子器件、敏感元器件及传感器、新型机电元件、高频微波印制电路板、高速通信电路板、柔性电路板、高性能覆铜板等)等电子产品用材

2020年11月

发改委商务部

《鼓励外商投资产业目录》

支持引进:化合物半导体材料(砷化镓、磷化镓、磷化锢、氮化镓),碳化硅(SiC)超细粉体(纯度≥99%,平均粒径<1um)、氮化硅(Si3N4)超细粉体(纯度>99%,平均粒径<1 um)

2020年7月

国务院

《新时期促进集成电路和软件产业高质量发展的若干政策》

国家鼓励的集成电路设计、装备、材料、封装、测试企业和软件企业,自获利年度起,第一年至第二年免征企业所得税,第三年至第五年按照25%的法定税率减半征收企业所得税

2019年12月

工信部

《重点新材料首批次应用示范指导目录》

推荐材料:氮化镓单品衬底、功率器件用氮化镓外延片、碳化硅外延片、碳化硅单品衬底、碳化硅陶瓷膜过滤材料、立方碳化硅微粉、氧化铝陶瓷粉体及基板

资料来源:中国氮化镓行业发展深度调研与未来投资研究报告(2023-2030年)

随着新能源电动企业的快速发展,全球各大车企和半导体厂商都将目光瞄准以碳化硅(SiC)与氮化镓(GaN)为代表的的第三代半导体领域。

近年来氮化镓相关投资汇总

公司

投资金额

建设内容

项目进程

天和通讯

60亿元

GaN-on-SiC全产业链

2020.01.02开工

吴越半导体

37亿元

2-6寸GaN全产业链

2020.02.21签约

北京绿能芯刨

20亿元

6寸SiC生产线,1Ok/月

2020.02.21开工

博方嘉芯

25亿元

一期:6寸GaN , 1k/月二期:GaN射频,3k/月GaN功率,20k/月

2020.04.10开工

郑州航空港实验区

SiC生产线

2020.06.11签约

华通芯电

29亿元

期:GaAs , 7k/月二期:GaN时顿,3k/月GaN功率,20k/月

2020.06.19签约

长沙三安

160亿元

SiC全产业节

2020.07.20开工

博蓝特

10亿元

SiC衬底,mini LED蓝宝石衬底

2020.07.23开工

露笑科技

100亿元

SiC产业化项目

2020.08.08签署合作框架

天科合达

9.5亿元

生产线,6寸SiC衬底120k/月

2020.08.17开工

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