SiC和GaN，会把硅功率器件赶出历史舞台？

GaN（氮化镓）和SiC（碳化硅）功率晶体管作为电源管理领域目前备受推崇的新型创新技术，但仍有挑战需要克服，尤其是高成本和低可靠性。

在应对气候变化和近期能源危机等挑战时，当务之急是降低电子设备的功耗和发热。

云计算、虚拟宇宙的大型数据中心以及新型智能手机等各种小型电子设备将继续投资。SiC 和 GaN 都可以提供更小的尺寸和更低的热/功耗，但它们成为标准技术还需要一些时间。

在德国慕尼黑举办的欧洲最大的电子展electronica 2022上，美国EE Times的Maurizio Di Paolo Emilio先生主持了圆桌讨论，功率半导体厂商高管讨论当前和未来的挑战/围绕 GaN/SiC 功率晶体管的机会。我们特别关注它的生产和流行。

虽然讨论相当强调 GaN/SiC 功率晶体管的优势，但也明确表示硅 MOSFET 不会很快消失。尽管 GaN 晶体管的制造成本已经达到与 MOSFET 相似或更低的水平，但要赶上产量还需要数十年的时间。

Navitas Semiconductor 企业营销和 IR 副总裁 Stephen Oliver 表示：“第一次功率革命发生在双极晶体管变成 MOSFET 时，我们现在正处于第二次革命的中间。”有了 GaN/SiC，硅即将消失，为了攻克集成化、高压等前沿技术，我们应该朝着GaN/SiC的专攻方向发展。”说。

很明显，这两种化合物最终将取代硅 MOSFET 和双极晶体管。问题是什么时候可以实现，会产生什么样的成本？

Efficient Power Conversion (EPC) 首席执行官 Alex Lidow 表示，“目前的遗留应用在未来 10 到 15 年或更长时间内将继续使用硅 MOSFET。MOSFET 将继续增长。预计 GaN 功率晶体管的低迷不仅在速率上，也在茶凉增长上，但价格会像双极型晶体管一样继续上涨，这是长期周期的一个方面。“它比 MOSFET 更便宜。”

业界预计 GaN/SiC 组合功率晶体管将在 2030 年达到 MOSFET 的市场价值。

Infineon Technologies 高级负责人 Gerald Deboy 表示：“目前硅占整个市场的 95%。当然 SiC/GaN 的增长速度非常快。我们是 SiC等各种技术都需要得到保障，以便走在设计的前沿，提供 GaN 和 GaN 之间的高度差异化，而硅填补了这些空白，至少在未来十年内所有技术都将共存。如果你看看 SiC 的增长/GaN，GaN 的增长速度比 SiC 快得多，尽管 GaN 略微落后于 SiC。机会正在扩大，”他说。

Wolfspeed 功率产品高级总监 Guy Moxey 表示：“到 2021 年，硅 MOSFET 分立模块的功率半导体市场规模将达到 280 亿美元，而 SiC 约为 20 亿美元，GaN 约为 10 亿美元。”但到2030年，预计还需要几个设计周期，SiC市场规模将在200亿美元左右，GaN市场规模将超过5-60亿美元，有望达到各自的规模，“ 他说。

据小组成员称，到 2023 年，对于某些低压应用，GaN 的价格将与 MOSFET 持平。在价格方面，例如，在 65W USB PD（电力输送）充电的情况下，GaN 和硅系统预计在 2023 年上半年具有可比的系统价格。同时，它们的要小三分之一. 它更小更轻，为移动计算行业提供了强大的价值主张。

GaN 技术是低电压应用的理想选择，但对于结合使用这两种技术的汽车应用，可靠性仍面临挑战。

Power Integrations 市场营销和应用工程副总裁 Doug Bailey 说：“GaN 面临的主要问题是它的速度超快，需要放慢速度，需要限制寄生电感。我们正在采取一项战略来集成 GaN 和 SiC。”

SiC 可以在更高的电压下工作，但比硅更难制造。

因此，制造商正在投资数十亿美元来提高产能以满足需求。

ROHM Semiconductor Europe 汽车事业部和电源系统总监 Aly Mashaly 表示：“我们早就知道这需要时间，2016 年我们宣布了有史以来最大的投资。”硅芯片，以及我们自己的模块制造工厂。”

对于小组成员来说，SiC 和 GaN 的前进道路是清晰的，而且技术是可靠的。

但我们还需要数年时间才能提高产量、获得更多设计胜利并达到电子行业具有竞争力所需的价格点。

来源：半导体行业观察