未来大好也需冷静的氮化镓

近年来，手机充电越来越快，汽车“充电桩”也越来越流行，这样的升级离不开它的助力——第三代半导体。

第三代半导体即宽禁带半导体，以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表，具备高频、高效、高功率、耐高压、耐高温、抗辐射能力强等优越性能，切合节能减排、智能制造、信息安全等国家重大战略需求，是支撑新一代移动通信、新能源汽车、高速轨道列车、能源互联网等产业自主创新发展和转型升级的重点核心材料和电子元器件，已成为全球半导体技术和产业竞争焦点。

中国在第三代半导体上的布局也在紧锣密鼓的进行。12月8日，晶湛半导体完成数亿元C轮融资 加速推进GaN在汽车电子等领域应用。晶湛半导体创始人、总裁程凯博士表示本次融资代表了资本市场对晶湛发展与实力的充分认可和信任，今后晶湛将继续加大研发和技术投入，加速推进GaN材料在汽车电子等领域的应用。

GaN是一时声名鹊起还是未来着实光明呢？

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承托起所有美好愿望

12月14日第三代半导体板块涨幅达3％。同日西咸新区泾河新城官微发布消息称，其已经与江西誉鸿锦材料科技有限公司签订了战略合作框架协议。此次签约意味着总投资116亿元的西安第三代化合物半导体芯片与器件产业化项目正式落户泾河新城。新闻报导称，厂商或充分受益这一波十年以上产业趋势。

TrendForce集邦咨询分析到氮化镓功率元件下游市场则以消费电子为主，数据中心与通讯以及后续的汽车应用同样颇具潜力，预计今年氮化镓功率元件市场规模有望达到2．6亿美元，至2026年可成长至17．7亿美元。

由此看来，市场非常看好这个市场的发展，那GaN的独特优势到底是什么呢？

电信和国防是GaN的主要应用增长行业

由于第五代移动通信（5G）、后5G网络的发展步伐不断加快，新兴的商业和军事射频通信平台正在迁移到更高的频率，以利用大量可用的瞬时带宽，这将为GaN器件带来重大的发展机遇：在军民用尤其是高频、大功率的军用通信和雷达技术发展中，主流的相控阵系统要求接收机具备更高动态范围，以便在有干扰的情况下捕捉小信号；要求发射机具备更高功率密度、更高线性度的放大能力，以准确传递复杂的调制信号。

今天的晶体管技术在以高带宽、高保真、高功率密度有效传输和处理射频信号的能力方面受到来自材料性能的根本限制，但基于GaN材料的技术具有高击穿电压、高电荷密度和高电子饱和速度的组合性能，美军方长期以来一直认为它是国防广泛应用的首选材料。

二十年来美国国防部高级研究计划局（DARPA）已经在WBGS－RF、NEXT、MPC和正在进行中的动态范围增强电子和材料计划下加强了GaN技术研究，以便在更高的频率（＞30GHz）下以更高带宽和效率提供高功率的射频信号，大幅度扩大雷达探测范围、提高分辨率。GaN器件已经被应用于新一代的空中和地面雷达以及电子战系统。先进的军用雷达和通信系统的需求成为GaN电子技术发展的主要驱动力。

降低功率损失、解决功率电子关键挑战的最有效选择之一

半导体功率器件创新的最大着力点是提高功率转换的效率。功率GaN技术与包括Si技术在内的其他现有技术相比有明显的性能优势。从新能源角度看，来自绿色环保的压力和政府对减少二氧化碳排放的立法，都在促使能源系统朝着更高效的电力转换和电气化的方向发展。汽车电气化、电信基础设施、服务器存储和工业自动化等应用是技术发展的热门领域。

来源：微电子学

氮化镓场效应晶体管（GaNFET）可以使我们以更低的系统成本实现最佳效率，同时使系统达到更轻、更快、更冷的效果。汽车领域的电气化已成为这种新型功率GaNFET的最大受益者，因为功率GaNFET在实现高效率方面有显著的作用。目前GaN功率器件技术很多还在研发中。已经商业化的产品的漏源电压（VDS）最高可达650V，产品可应用于电信、服务器、工业转换器、光伏逆变器、伺服系统数据中心。快速、小型、高效和重量轻的电源转换器在电力系统中处于特别有利的地位，同时这些性能也有利于便携式消费电子、汽车和航空电子发展。

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中国布局：宜早不宜迟

全球氮化镓主要创新主体的龙头主要集中于日本。氮化镓产业国外重点企业包括日本住友、美国Cree、德国英飞凌、韩国LG、三星等，中国企业代表有，晶元光电、三安光电、台积电、华灿光电等。但目前中国企业和国外顶尖企业相比，差距比较小。

目前国内氮化镓行业的上市公司主要有华润微、三安光电、士兰微和闻泰科技。

GaN产业链按环节分为Si衬底（或GaN单晶衬底、SiC、蓝宝石）、GaN材料外延、器件设计、器件制造、封测以及应用。各个环节国内均有企业涉足，如在射频领域，SiC衬底生产商有天科合达、山东天岳等，GaN衬底有维微科技、科恒晶体、镓铝光电等公司。外延片涉足企业有晶湛半导体、聚能晶源、英诺赛科等。苏州能讯、四川益丰电子、中科院苏州纳米所等公司则同时涉足多环节，力图形成全产业链公司。

目前，我国氮化镓行业代表性企业产品类型不同，但从整体的生产能力来看，华润微电子有限公司、三安光电股份有限公司和杭州士兰微电子股份有限公司氮化镓产品生产能力处于行业领先地位。

华润微电子于今年5月收购第三代半导体厂商芯冠科技（已更名为润新微电子），正式跨入GaN这一新蓝海市场。根据过往公开资料，润新在2019年在国内率先推出符合产业化标准的650伏硅基GaN功率器件产品（通过1000小时HTRB可靠性测试），并在全产业链工艺材料能力、外延片／晶圆良率、GaN功率器件关键性能指标和终端应用批量出货等方面等都极具竞争力。

国内LED龙头“三安光电”在氮化镓领域有一定技术储备。三安光电是目前国内规模最大的LED外延片、芯片企业。2014年，该公司投资建设氮化镓高功率半导体项目；2018年，在福建泉州斥资333亿元投资Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体材料、LED外延、芯片、微波集成电路、光通讯、射频滤波器等产业。在氮化镓领域，三安光电同样集中于产业链中游——器件模组的研究。其布局的器件类型主要包括可见光LED、紫外LED、Micro／Mini LED和GaN基FET。

士兰微在2017年三季度打通了一条6英寸的硅基氮化镓功率器件生产线。2018年10月，杭州士兰微电子股份有限公司厦门12英寸芯片生产线暨先进化合物半导体生产线正式开工。士兰微电子公司与厦门半导体投资集团有限公司共同投资220亿元人民币，在厦门规划建设两条12英寸90～65nm的特色工艺芯片（功率半导体芯片及MEMS传感器）生产线和一条4／6英寸兼容先进化合物半导体器件（第三代功率半导体、光通讯器件、高端LED芯片）生产线。

士兰微官网

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热闹后的冷静

世界先进董事长方略曾经表示，“即使再过5年，第三代半导体产值也未必超过（半导体整体市值的）1％，但是新材料（碳化硅、氮化镓）衍生的商机，将突破硅材料无法做到的领域，将是值得探索的崭新世界。”

台积电董事长刘德音曾在2021年公开表示，第三代半导体产值小，无法与硅基半导体相比，是特殊技术。“尽管备受期待，但目前有一部分是广告效果。”

从产品细分领域来看，第三代半导体主要应用于功率器件，属于分立器件、独立器件的层面（与集成电路相对立），其应用的产品范围比第一代硅基材料要窄得多。

从价格层面上，第三代半导体虽然是新兴技术，但新主要体现在材料处理上，使用的还是成熟工艺，技术门槛并不算很高。功率器件也很难像高端集成电路一样卖出高价，获得高利润。

以氮化镓mosfet为例，其单颗价格大约是硅基mosfet的6倍，但在1688网站上的单个批发价格也不到10元，与高端集成电路如单颗售价上千元的高通骁龙旗舰芯片有着显著差别。这也造成其市场规模整体不大。

总而言之，现在GaN的境遇是未来可期，但现阶段还是应该冷静，不能再次把“弯道超车”“绝处逢生”这样的词汇冠在第三代半导体的头上，这样只会让泡沫越来越大，忘记我们正在追赶的初衷。而且整体上看，目前国内第三代半导体玩家的业绩仍然主要依赖传统硅基芯片业务。 当半导体行业处于周期下行阶段时，业绩也会受到冲击。

原文标题:未来大好也需冷静的氮化镓