派恩杰半導(dǎo)體：跨越“抗高壓和高可靠”兩座大山 GaN方能大規(guī)模“上車”

今年開始，GaN車規(guī)化獲得很多企業(yè)的青睞，不僅有圈內(nèi)大廠ST、英飛凌、TI將其列為重推產(chǎn)線，更有納微、安世等后發(fā)新秀，紛紛借助GaN優(yōu)勢的性能打出一系列車用級產(chǎn)品，推動GaN“上車”聲浪節(jié)節(jié)走高。但從在市場實(shí)際滲透方面，GaN顯然還是比SiC要慢半拍。

這不僅僅只是GaN起步時間稍晚所致，還有一些更深層次的原因。事實(shí)上，很多公司通過GaN去嘗試Jedec標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)級嘗試，但是都失敗了，沒有通過GaN的工業(yè)級測試。這當(dāng)中有很大一部分是材料本身的原因，以及二維電子器物理機(jī)理的這把雙刃劍。

派恩杰半導(dǎo)體創(chuàng)始人兼總裁黃興接受《華強(qiáng)電子》記者采訪時闡述說：“這個機(jī)理是不摻雜的情況下，在一個極狹窄的二維平面內(nèi)，產(chǎn)生高導(dǎo)電能力。但是，這也同時引入了很多很難管理的電場尖峰，以及整個器件設(shè)計(jì)被限制在平面結(jié)構(gòu)當(dāng)中。它的平面能力，大電流能力會非常有限。電流不能等比例擴(kuò)大，橫向器件不能得到10倍的電流。”

相比之下，黃興認(rèn)為：“碳化硅這一類的縱向器件，擴(kuò)大面積可以得到10倍的電流。材料本身有襯底選擇的問題，如果選擇便宜的硅襯底，在外延生長就會帶來很多缺陷。如果選擇缺陷少的材料，比如SiC和藍(lán)寶石襯底，在價格上就沒有優(yōu)勢了。氮化鎵只是外延，最近有一些聲音說可以將GaN在襯底上生長GaN外延，并制作器件，這根本是無稽之談。第一沒有價格優(yōu)勢，第二做縱向電子器件，無法生成二維電子器，也就失去了性能優(yōu)勢。”

雖然很多公司都在極力推廣GaN的價格優(yōu)勢，可這主要也是因?yàn)楣に囍圃爝@一塊相對簡單，只需要半條硅線，但從深層的角度來看，“由于二維電子器的存在，不需要做任何摻雜，不需要高溫退火和氧化，只需要鈍化就可以了。而里面最核心的機(jī)密，是如何生成高質(zhì)量的二維電子器和高質(zhì)量外延。SiC則不然，SiC需要完整的硅設(shè)備，很多前道工藝設(shè)備需要為SiC特殊改造。比如摻雜，退火，氧化都需要為碳化硅專門改造。所以說，碳化硅產(chǎn)線的投入比GaN投入高很多。材料的投入巨大，從金錠PVT生長，金元切磨拋，到外延MOCVD工藝無不涉及各種昂貴的設(shè)備，以及難以控制的工藝秘密。” 黃興解釋到。

針對價格和成本問題，黃興也給出了自己的理解和預(yù)判：“GaN的主要成本在外延生長。相比起來SiC已經(jīng)便宜非常多了。而且性能和成本是可以互換的。SiC的成本和性能可以讓大家放心使用。綜合成本已經(jīng)核算了。如果說GaN想要替代SiC，先要解決可靠性的問題，才能談替換。從現(xiàn)在的趨勢看，車用電池電壓會有逐漸升高的趨勢，保時捷的泰康已經(jīng)推出了800v電壓系統(tǒng)的電動汽車，這將成為主流趨勢。目前對于400v的系統(tǒng)來說的話，GaN只能在消費(fèi)級勉強(qiáng)使用。如果電動汽車的電壓逐漸升高，GaN的上車時間只會被越來越遠(yuǎn)。”

綜上所述，GaN其本身特性暫不適合在汽車市場大規(guī)模應(yīng)用，消費(fèi)電子依然會是主要戰(zhàn)場。畢竟，論成本和量產(chǎn)供貨能力，GaN的門檻要比其“前輩”SiC要有優(yōu)勢得多，但記者認(rèn)為，最多也只能在SiC器件面臨大規(guī)模缺貨短期供應(yīng)不上的情況下可能會小有“用武之地”。從長期發(fā)展角度來看，GaN想要大規(guī)模上車，撼動SiC在新能源汽車市場的“穩(wěn)固江山”，抗高壓和高可靠能力是兩座難越的“大山”，GaN“車規(guī)化”還有很長一段路要走。