第三代半導體材料火熱行進中，不少企業已實現量產，誰將會主導2025年上車潮？

近日，晶湛半導體宣布完成數億元C輪融資，由蔚來資本、美團龍珠領投，華興資本旗下華興新經濟基金、欣柯資本等跟投，老股東歌爾微電子、三七互娛等繼續加碼。據悉，這是繼今年3月完成B+輪數億元戰略融資以來的又一輪融資。

晶湛半導體吸引眾多新老投資方的關鍵在于其在氮化鎵材料方面的領先技術及布局。晶湛半導體創始人、總裁程凱博士表示將加大研發和技術投入，加速推進GaN材料在汽車電子等領域的應用。

氮化鎵材料的優勢

氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)是第三代半導體材料的代表，與新能源汽車、光伏、5G、消費快充等高成長性下游領域深度綁定。

第三代半導體材料禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等優勢。因此其在提升車體輕量化、系統高效化和長程續航等方面發揮重要作用。

業內人士表示，在一輛電動車里面，氮化鎵芯片的潛在市場總空間超過250美元，其中，主驅動的應用接近200美元，車載充電器大約50美元，DC/DC的逆變器大概15億美元，到2025年電動汽車中氮化鎵芯片市場機會總值超過25億美元/年。

另外，激光雷達，電池管理系統、無線電力傳輸系統、車載信息娛樂系統、以及新型高效車用照明、車載微顯示等都離不開高品質氮化鎵材料的支撐。

有數據顯示，氮化鎵上車，可使充電時間減少了60%，且車載充電器的體積和重量不會影響到本身車的重量；在逆變器上，相比硅基功率器件，氮化鎵能節能70%，可增加5%的續航。

得益于氮化鎵對汽車充電、續航等方面的效果會更突出，充電器與逆變器或將是落地效果最好的零部件領域。

第三代半導體材料未來成長空間廣闊，全球氮化鎵器件市場規模不斷擴大，從2018年的116.54億美元增長至2021年的219.22億美元，對應的復合增長率為17.22%。


突圍不易，氮化鎵應用的難點有哪些？

目前氮化鎵在電動車的應用還處于早期。從應用端來看，2021年光電氮化鎵器件占比市場份額最大，占比為65%；其次為射頻氮化鎵器件占比為30%。

現在車用氮化鎵功率器件仍受可靠性、產品模式、生產模式、設計工藝等方面困擾，尤其是，氮化鎵技術的難點在于晶圓制備工藝。

另外，對氮化鎵器件的測試非常重要，一旦氮化鎵作為安全性器件，最重要的是可靠性；

還有就是驗證周期較長，也是一大弊端，目前國內已有眾多企業推出了相應產品，并已陸續開始進行上車驗證，驗證周期較長，落地效果有待進一步觀察。

從地域角度來看，氮化鎵技術掌握在歐美日企手中，比如日本方面在2022年7月利用氮化鎵研發的逆變器，已首次成功應用在電動汽車上，有望讓電動汽車節能20%以上。

中國技術方面相對薄弱。我國氮化鎵材料與器件原始積累相對薄弱，傾向于軍工方面，在汽車領域依然是個新的挑戰。

以上都是氮化鎵器件在車用市場突圍時，要經歷的難關。


8吋氮化鎵已實現量產

12月6日，EPC宣布，他們與世界先進（VIS）簽訂了氮化鎵功率半導體的代工生產協議，將于 2023 年初正式開始生產。

據悉，EPC將利用世界先進在 8 英寸GaN生產線的代工能力，加強GaN 晶體管和集成電路的制造，從而增強他們在氮化鎵功率轉換領域的市場領導地位。

世界先進于1994 年成立，在中國臺灣和新加坡擁有5個 8 英寸晶圓廠，2022 年平均月產能約為 26.2萬片。

在氮化鎵領域，世界先進的“絕招”是襯底——GaN-on-QST。今年11月，世界先進已經完成了650V GaN-on-QST器件的可靠性驗證，正式進入量產。


國內企業氮化鎵單晶進展

近幾年內，國內的吳越半導體、蘇州納維、廣東光大、上海瀚鎵以及安徽鎵數在氮化鎵單晶方面均取得了良好成果。

2021年1月，納維科技總部大樓建設項目在蘇州工業園區正式奠基；今年8月10日，該總部大樓已順利完成封頂，完全投產后預計年產氮化鎵單晶襯底及外延片5萬片以上。

2022年6月7日，安徽鎵數公示了其氮化鎵單晶襯底項目的環評表。據悉，該項目將分3期建設，一期建設10條氮化鎵單晶襯底生產線，二期建設20條氮化鎵單晶襯底生產線，三期建設30條氮化鎵單晶襯底生產線，三期完全達產后將形成年產18萬片2英寸氮化鎵單晶襯底的生產能力。

2021年12月，吳越半導體舉行了GaN晶體出片儀式，展出了全球范圍內首次厚度突破 1 厘米的氮化鎵晶體，該晶體平整度達到1-2um，粗糙度達到0.12nm，達到了世界最高水準。

2020年2月，吳越半導體、先導集團與高新區管委會簽訂合作協議，在無錫高新區實施 2-6 英寸氮化鎵自支撐單晶襯底產業化項目，該項目總投資37億元，主要進行2-6英寸氮化鎵自支撐單晶襯底及GaN-On-GaN功率芯片、射頻芯片的研發和生產。

2021年9月，東莞增補了61個2021年第三批市重大項目，其中包括廣東光大的氮化鎵項目，總投資額高達44億元。今年4月，該項目舉行了開工儀式，項目主要建設內容為精密半導體設備制造、氮化鎵襯底生產線、氮化鎵器件生產線等；建成后將生產2-4英寸氮化鎵襯底、2-6英寸GaN on GaN/Si器件。

此外，廣東光大子公司也有相關進展——2018年2月，東莞中稼半導體宣布，在國內首次試產4英寸自支撐GaN襯底，并計劃于同年年底實現常規量產。

2021年8月，根據《瀚鎵GaN自支撐晶圓制造關鍵技術研發與產業化》項目的環評公示，上海瀚鎵半導體科技有限公司將在上海市浦東新區建設“4英寸GaN高質量自支撐晶圓的研發及中試”。

11月21日，浙江省湖州市舉行了“一體化賦能高質量發展走進湖州”暨重大項目簽約儀式，共有3個光電領域項目成功簽約，其中包括一個氮化鎵項目。

該氮化鎵項目由青島聚能創芯微電子有限公司主導，總投資11億元，計劃年產20.4萬片氮化鎵外延片。

青島聚能創芯微電子成立于2018年6月，為賽微電子控股子公司，該公司主營業務為GaN外延材料、器件制造以及器件設計與應用。

11月25日，據興科天使官微消息，其投資企業晶通半導體的“氮化鎵功率半導體器件與驅動芯片的研發及應用”項目獲得了中國海創大賽智能化賽道全國第一名、全國大賽一等獎。


從消費電子到電動汽車，氮化鎵功率半導體潛力無限

氮化鎵功率半導體從消費電子起步，但它的未來不會止步于消費電子市場。

隨著新能源汽車市場不斷蓬勃發展，業界看好第三代半導體材料在汽車領域的應用，電動汽車成為氮化鎵功率半導體下一個潛力市場。

目前電動汽車市場較為關注碳化硅這類第三代半導體材料發展，業界看好碳化硅未來逐步取代替代部分IGBT、MOSFET等硅基功率半導體，在新能源汽車領域得到應用。

氮化鎵同樣可以在電動汽車市場發揮“用武之地”。

以電動汽車續航為例，與消費電子快充一樣，電動汽車也有著極高的快充需求。基于氮化鎵的特殊性能，引入氮化鎵技術可以大幅縮短汽車充電時間，同時車載充電器的體積和重量不會對汽車造成額外的“負擔”。

隨著電動汽車不斷普及，電動汽車產業“續航焦慮”的痛點亟待解決，氮化鎵功率半導體有望對此助一臂之力。

不過與消費類芯片相比，車規級芯片對于性能指標、使用壽命、可靠性、安全性、質量一致性等方面有著極高的要求，這也使得氮化鎵功率半導體在電動汽車市場發展不如在消費電子市場一樣迅速。

業界認為，電動汽車的開發通常需要三到四年的時間，因此至少到2025年才會出現氮化鎵半導體在電動汽車上的部署。