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良率超過95%

近日，2024九峰山論壇召開。據(jù)行家說三代半公眾號報道，西安電子科技大學(xué)郝躍院士、張進成教授課題組李祥東團隊與廣東致能科技聯(lián)合攻關(guān)，首次展示了全球首片8英寸藍寶石基GaN HEMTs晶圓。李祥東教授在會上介紹，通過調(diào)控外延工藝，其氮化鎵外延片不均勻性控制在4%以內(nèi)，所制備的HEMTs器件的cp測試良率超過95%，擊穿電壓突破2000V。

據(jù)了解，目前200V以下以及650V左右的氮化鎵功率HEMT已在8英寸晶圓線上實現(xiàn)了量產(chǎn)，然而在8英寸線上實現(xiàn)2000V級別的氮化鎵器件的展示尚屬首次。8英寸晶圓將是氮化鎵成為主流電力電子器件的必由之路。一方面，采用藍寶石襯底可以大幅提升氮化鎵耐壓，藍寶石襯底技術(shù)路線近年來已被廣泛認為是實現(xiàn)1200-3300V GaN HEMTs的首選方案。

另一方面，由于轉(zhuǎn)向8英寸晶圓，每片GaN HEMTs晶圓的芯片數(shù)將比6英寸晶圓多近2倍，氮化鎵器件成本與6英寸方案相比也將大幅下降。隨著8英寸藍寶石襯底制備工藝的日趨成熟和大批量出貨，單片價格將快速下跌。屆時，疊加超薄緩沖層和簡單場板設(shè)計等優(yōu)勢，藍寶石基GaN HEMTs晶圓成本有望進一步降低，并將對現(xiàn)有硅基MOSFET、IGBT以及碳化硅 MOSFET產(chǎn)生沖擊。

藍寶石氮化鎵晶圓是一種先進的半導(dǎo)體材料，它結(jié)合了氮化鎵的優(yōu)異電子特性和藍寶石襯底的高熱導(dǎo)性。這種材料在高頻、高功率和高溫度應(yīng)用中表現(xiàn)出色，尤其是在光電子和功率電子領(lǐng)域。今年1月，致能科技還與郝躍院士、張進成教授團隊等合作攻關(guān)，通過采用致能科技的薄緩沖層AlGaN/GaN外延片，成功在6英寸藍寶石襯底上實現(xiàn)了1700V GaN HEMTs器件。

2027年達到6.178億美元

近年來，隨著低碳綠色需求的增長，氮化鎵器件的應(yīng)用范圍也在不斷增加。消費領(lǐng)域一直是 OEM 采用氮化鎵的主要推動力，由于電子設(shè)備對更快、更便宜和更環(huán)保的供電的需求，快速充電一直是氮化鎵器件的主要應(yīng)用。但氮化鎵技術(shù)日趨成熟，該材料開始滲透到工業(yè)、汽車、數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用中。Yole Intelligence預(yù)測，氮化鎵器件在汽車和出行行業(yè)的市場將從 2021年的530萬美元增長到2027年的3.089億美元，復(fù)合年增長率高達97%。電信/數(shù)據(jù)通信將以69%的年增長率增長，到2027年達到6.178億美元。

在汽車電動化與智能化趨勢下，汽車搭載的電子電力系統(tǒng)越來越多。氮化鎵已率先在車載激光雷達產(chǎn)品中落地應(yīng)用，優(yōu)越的開關(guān)性能使得氮化鎵十分適用于車載激光雷達。2023年，英諾賽科低壓車規(guī)級氮化鎵產(chǎn)品已在頭部車企的車載激光雷達中得到量產(chǎn)應(yīng)用。在新能源汽車領(lǐng)域，氮化鎵器件在中低端汽車市場發(fā)展空間較大，目前主要占據(jù)400V以下應(yīng)用。同時，GaN器件也在往高壓應(yīng)用上推進研發(fā)。據(jù)悉，博世正在開發(fā)一種用于汽車的1200V氮化鎵技術(shù)。

對于數(shù)據(jù)中心而言，隨著AI大模型熱潮的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)中心計算需求不斷增加，對高效、可靠且節(jié)能的硬件組件的需求也日益迫切。氮化鎵由于其優(yōu)越的電學(xué)性質(zhì)，將在數(shù)據(jù)中心中發(fā)揮更加重要的作用。氮化鎵能夠提高電力轉(zhuǎn)換效率，降低能源浪費，這將有助于支持AI系統(tǒng)更高效地運行，特別是在需要大量計算資源的場景下。同時，氮化鎵的可靠性也可能為AI系統(tǒng)提供更穩(wěn)定的運行環(huán)境，減少因硬件故障導(dǎo)致的系統(tǒng)中斷。

Yole Intelligence預(yù)測，到 2027 年，功率氮化鎵器件市場的價值將達到20億美元，而2021年為1.26 億美元。Yole Intelligence預(yù)計，復(fù)合年增長率預(yù)計將達到 59%。隨著氮化鎵滲透到汽車和電信/數(shù)據(jù)通信等應(yīng)用領(lǐng)域，除了獨特的合作伙伴關(guān)系之外，還出現(xiàn)了許多并購、大量投資。

中國發(fā)揮關(guān)鍵推動

中國將是推進氮化鎵應(yīng)用發(fā)展的主要市場之一。中國持續(xù)推進數(shù)字化與綠色低碳戰(zhàn)略，目前已經(jīng)成為全球新能源汽車領(lǐng)域最大的創(chuàng)新應(yīng)用的市場；預(yù)計到2025年，5G通信基站所需氮化鎵射頻器件的國產(chǎn)化率將達到80%；第三代半導(dǎo)體功率器件將在高速列車、新能源汽車、工業(yè)電機、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域規(guī)模應(yīng)用。

與此同時，我國的氮化鎵產(chǎn)業(yè)也在快速發(fā)展。除上述科技成果外，今年初北京大學(xué)團隊研發(fā)了增強型p型柵氮化鎵（GaN）晶體管，并首次在高達4500V工作電壓下實現(xiàn)低動態(tài)電阻工作能力。中國科學(xué)院微電子所在氮化鎵器件可靠性及熱管理研究方面取得重要進展，高頻高壓中心劉新宇研究員團隊在氮化鎵電子器件可靠性及熱管理方面取得突破，六項研究成果入選第14屆氮化物半導(dǎo)體國際會議ICNS-14（The 14th International Conference on Nitride Semiconductors）。

產(chǎn)業(yè)方面，晶湛半導(dǎo)體氮化鎵外延片生產(chǎn)擴建項目于1月份竣工，項目預(yù)計年產(chǎn)6英寸氮化鎵外延片12萬片，8英寸氮化鎵外延片12萬片；中瓷電子子公司博威第三代半導(dǎo)體功率器件產(chǎn)業(yè)化項目已建成并投入使用，項目主要產(chǎn)品為氮化鎵通信基站射頻芯片與器件等產(chǎn)品，產(chǎn)能規(guī)劃為600萬只/年。此外，英諾賽科計劃赴港上市的消息也引來業(yè)界極大的關(guān)注。據(jù)悉，英諾賽科計劃募資3億美元，以擴大氮化鎵芯片產(chǎn)能。