市场规模|集微咨询：GaN快充达到甜蜜点，中低压市场迎来更多杀手级应用( 三 ) 半导体|充电器|电动汽车|数码

集微咨询（JW insights）认为，在制造方面， GaN仍面临以下关键挑战：
首先是原始创新能力较低。国内开展GaN等第三代半导体器件和材料的研究比较晚，与国外差距较大，且GaN是涉及重要国防军工产品的关键技术，国外对我国实施相关技术封锁，因此当前我国在该领域核心材料、器件等方面的原始创新能力仍然薄弱。
其次是国内GaN器件的外延技术仍待提升。目前大多数GaN功率器件均采用硅衬底，而硅基GaN外延片制备技术仍然存在应力调控、晶格失配等问题，在原材料配方设计、制造工艺技术、配套设备工艺设计、自主研发能力、资本实力、产业链资源等各方面的能力储备缺一不可。
其中， GaN的外延生长方面面临的挑战更为突出，缺陷密度、晶圆内均匀性和技术产业化都是业内探索的重点。尤其是随着GaN器件制造逐渐从6英寸向8英寸晶圆过渡，鉴于GaN和硅在膨胀过程中不同的晶格常数和热系数，在硅上生长外延GaN以形成稳定可靠的HEMT ，这从超晶格结构和应力控制方面来说是一个非常具有挑战性的工艺。
成本也是GaN迟迟不能进入主流应用的阻碍之一。多年来随着技术和产业的不断发展，人们逐步认识到GaN的性能优势，包括更高的功率密度和功率效率，但许多电源系统制造商（尤其是对价格敏感的消费类电源制造商）还是选择等待GaN功率器件价格逐步接近硅器件时才开始应用。对此， GaN也如同传统半导体材料、器件的发展规律一样，大规模量产可帮助有效降低成本。比如，一个月产能4K片的晶圆厂和一个月产能40K片的晶圆厂，其晶圆的成本可能会相差好几倍。
在这方面，今年6月国产厂商英诺赛科（Innoscience）全球首个8英寸硅基GaN晶圆厂投产，助推其出货量市占率从2019年的6%一举攀升至今年的20% ，跃升为全球第三，可见IDM模式优势将在GaN产业高速发展中逐步显现。
集微咨询（JW insights）认为，当前较为普遍的6英寸晶圆用来做低压GaN没有任何优势，其性价比与硅器件相比无法体现，这是低压GaN面临的一个困境。然而今年来GaN的制造开始逐步转向8英寸晶圆，可以提高性能的同时将生产成本降下来，这是降低低压GaN器件成本的一个关键点。随着出货数量快速增长， GaN功率器件价格已经逼近硅MOSFET的价格，将促使市场越来越广泛地采用。

另一方面， GaN器件的平均价格在不断降低。根据分销商Mouser数据， 2020年80%的在售GaN HEMT产品为耐压650V ， 100V、900V仅有少数几款。技术和价格均不稳定。 650V产品到2020年底平均价格约为2.73元/A ，与2019年同期相比下降了23.5% 。尽管市场需求火爆和疫情影响供应链导致原材料价格上涨， GaN芯片在供不应求的状况下依然呈现出整体价格下滑的趋势。 CASA Research数据指出， 2020年底，面向PD快充的650V GaN HEMT实际成交价格区间已经来到0.5元/A以内，与硅器件的价差已经缩小到1.5倍以内，已经达到了甜蜜点。考虑上系统成本(包括周边的散热、基板等成本)和能耗等因素， GaN模组已经具备一定竞争力。
结语
更低的能耗是行业不变的追求。随着需求端对供电系统电源功率密度需求的不断增加，供应端功率器件设计和制备工艺水平的不断提升，在产业链各方的努力攻关下，继快充等高压应用爆发后， GaN功率器件将在消费电子、汽车、工业等领域中焕发更大的活力。
随着我国“双碳”目标确立提速，对第三代半导体需求猛增，产业的关注度日益增高，国产化需求下，促使GaN在更多领域的应用的渗透率将进一步加深。集微咨询（JW insights）认为，本土GaN厂商可以以门槛较低的消费电子为突破点，提升在材料、器件、制造工艺等方面的技术水平并在下游应用中进行充分验证，积累更多量产、商业化经验再向数据中心、电动汽车等要求更高的行业进军。（校对/萨米）