國產企業實現氮化鎵降本增效，快充技術不再局限于消費電子

近幾年來，越來越多的人在使用手機快充充電器的時候可能不經意間會發現氮化鎵（GaN）這個專業名詞。那么，它到底是什么？

氮化鎵與碳化硅是第三代半導體的兩大“門面”，這二者具備高頻、高效、高功率、耐高壓、耐高溫、抗輻射能力強等優越性能。而比起碳化硅器件，氮化鎵功率器件在同時對效率、頻率、體積等綜合方面有要求的場景中，還更有優勢，手機快充充電器就是其中一個成功應用范例。

如今，我國氮化鎵產業發展迅速，產業鏈國產化日趨完善，多家國內企業已擁有氮化鎵晶圓制造能力。隨著下游新應用規模爆發，以及氮化鎵襯底制備技術不斷取得突破，氮化鎵器件有望持續放量，將成為降本增效、可持續綠色發展的關鍵技術之一。

未來，氮化鎵也將不再局限于快充等消費電子市場，可廣泛應用于通信、計算機、消費電子、汽車電子、航空航天、國防軍工等傳統產業領域。專家認為，由于其商業化進展快，將領跑第三代半導體市場。

參考Market and Market 、Yole等機構的增長幅度測算，預計到2026年全球氮化鎵元件市場規模將增長到423億美元，即突破千億人民幣，年均復合增長率約為13.5%。


“后來者居上”的第三代半導體材料氮化鎵

眾所周知，第一代半導體材料代表是硅，主要解決數據運算、存儲的問題；第二代半導體材料以砷化鎵為代表，它被應用到于光纖通訊，主要解決數據傳輸的問題；而第三代半導體，除了碳化硅，就是近幾年聲名鵲起，后來者居上的“氮化鎵”了。

氮化鎵作為第三代半導體材料的前沿代表，與前代半導體材料相比，多項指標有顯著提升。氮化鎵是氮和鎵的化合物，需要由人工合成，結構類似纖鋅礦。

從特性上來看，作為時下新興的半導體工藝技術，氮化鎵具有超越硅的多種優勢。與傳統的硅材料相比，氮化鎵(GaN)具有禁帶寬度大、擊穿電場強、導通電阻低、電子遷移率高、轉換效率高、熱導率高、損耗低等優點。

在早期，氮化鎵廣泛運用于新能源汽車、軌道交通、智能電網、半導體照明、新一代移動通信等。隨著技術突破，成本逐漸得到控制，目前氮化鎵還被廣泛運用到消費類電子等領域，上文提到的充電器便是其中重要的一項。

隨著相關技術不斷取得突破，未來，氮化鎵不再局限于快充等消費電子市場，可廣泛應用于通信、計算機、汽車電子、航空航天、國防軍工等傳統產業領域。


快充領域的“明星技術”

氮化鎵真正稱王還是在快充和射頻領域。因為其擁有高飽和電子漂移速率、高臨界擊穿電場等優越的電學性質，所以，采用氮化鎵功率芯片的充電器具有高開關速度、充電效率高、散熱快、體積小巧等明顯優勢，被廣泛應用在手機、筆記本電腦等個人移動充電設備中。如今，氮化鎵已經成功導入手機內部電源管理。

數據顯示，氮化鎵的應用加速了快充充電器的市場發展，2022年的快充滲透率提升至24％，全球市場規模達到27.43億美元。預計到2026年，國內氮化鎵充電器市場規模將上升至50億元。小米、華為、努比亞等手機廠商開始入局氮化鎵充電器市場，氮化鎵充電器市場已經進入百花齊放的時代。

“目前，氮化鎵技術已經成為消費電子充電領域的‘明星’?！睂O毅表示。

在射頻領域，Yole的數據顯示，氮化鎵射頻器件市場規模將從2020年的8.91億美元增長到2026年24億美元，復合年均增長率為18%，其中電信基礎設施是氮化鎵射頻器件的主要驅動力。并且除了中國，日本、韓國、美國等國家和地區也在積極布局5G和6G，氮化鎵射頻市場亟待爆發。

“5G通信將成為氮化鎵射頻器件未來主要市場應用領域。”合肥芯谷微電子有限公司副總經理黃軍恒表示，GaN-on-SiC技術是氮化鎵射頻器件當前采用的主要技術，部分采用GaN-on-Si技術。半絕緣型碳化硅襯底適用于做射頻氮化鎵器件，氮化鎵射頻應用的碳化硅基氮化鎵外延片4英寸和6英寸并存，海外6英寸代表企業有Wolfspeed、Qorvo、NXP，4英寸代表企業為住友電工。


國產企業實現效率和成本雙提升

在“如何實現更快、更大規模的氮化鎵應用推廣”這個關乎產業效率的問題上，譽鴻錦半導體通過回歸產業價值的本質，提出”產業價值=能效提升-替換成本>0“的解題思路，認為高性能是推動應用創新的動力，而低成本則是推動應用普及的基礎。目前行業現狀是，全球諸多廠商都在積極推進氮化鎵技術應用的普及，其中海外廠商更多的策略重心是高性能器件的應用，國內廠商則更多是通過常規器件的低成本來推廣氮化鎵應用。

從材料成本來說氮化鎵（GaN）器件并不會比硅基器件昂貴。譽鴻錦認為氮化鎵滲透率依然低的原因，并不是很多人所認為的氮化鎵器件規模仍然不足，導致成本均攤困難。因為規模是結果而并非原因，本質問題出現在產業效率上，只有把系統效率提升，才能用更低的成本推動器件的大規模應用。只有從第一性原理出發，搞清楚氮化物半導體的材料原理才能實現正向的研發和工藝，也就是我們俗說的KNOW HOW，這樣才能把器件研發效率提升，同時還需要掌握設備的優化能力來配合器件的制造需求，把良率提升，生產效率提升，也減少后期分選封測的工作量，再通過對工藝制程的理解來實現核心設備的國產替代和自研，進一步降低產線的成本，并最終通過全流程IDM集成的方式減少過程中的時間成本和經濟成本的損耗。最終實現匹敵于硅器件的產業鏈效率和成本。

為此譽鴻錦半導體在創立之初，就組建產業奠基人級的技術團隊，其首席科學家邵春林博士為現場觀眾分享自己作為中國最早開展氮化鎵技術研發和產業化的歷史，參與開發了最早的MOCVD設備，以及參與主導了譽鴻錦半導體的規劃與建設和技術創新。并展示了譽鴻錦目前實現的極低外延翹曲控制、均勻性的GaN層厚度以及精準可控的載流子調控等自主關鍵技術能力。并具備在氮化鎵、硅、碳化硅和藍寶石襯底上外延生長氮化鎵材料的技術矩陣，和功率電子、激光與顯示、射頻全產品能力。體現了譽鴻錦強大的基于KNOW HOW的正向研發能力，可以根據目標需求，自由選擇甚至開拓新的技術路線，并實現快速制樣和驗證，直至導入量產。

憑借85%平均量產良率獲得高一致性器件，高集成度IDM-7天制造周期、高研發效率使時間縮短2/3，自研設備和設備國產化使成本降低2/3，終端應用產業群集成，譽鴻錦實現了“產業效率革命=高良率x IDM整合x高研發效率x設備降本x快速應用驗證”?，F場播放的工廠全線實拍視頻，展示了譽鴻錦在行業里數量最多、工序最為齊全的設備產線，并第一次提出了包括設備&材料端、自主全流程IDM、銷售與技術服務體系群以及終端產品應用生態鏈的Super IDM產業集群概念，即“Super IDM產業集群 = 上游設備材料+IDM+終端技術應用+零售服務生態鏈”?；谠摦a業集群的深度耦合，實現上游設備自主可控、成本下降，IDM環節極致效率，應用終端快速導入和批量驗證，實現推動氮化鎵產業快速普及的產業目標。