半导体大佬撑腰之下 GaN功率半导体能取代MOSFET？

　　在更快、更省电系统的发展推动下，(GaN)基元器件市场正在走热。

　　今天，GaN广泛用于LED的生产，它在射频(RF)市场也正在加速布局。GaN基功率半导体市场在经过几次失败的预热启动和令人失望的结果之后，终于开始起飞。

　　“对GaN的需求无处不在，”GaN功率半导体市场的先驱之一高效功率转换(EPC)公司的首席执行官Alex Lidow说。“最大的应用是LiDAR(激光雷达)、4G/5G LTE基站的信号跟踪、用于服务器和电信设备的DC-DC转换器。无线充电市场现在仍然很小，但我预计，到2020年它将成为我们的三大应用之一。”

　　GaN功率器件和其他类型的功率半导体用于功率电子领域。基本上，功率电子设备利用各种固态电子部件，在从智能手机充电器到大型发电厂的任何事物中，更有效地控制和转换电能。在这些固态部件中，芯片处理开关和电源转换功能。

　　对于这些应用而言，GaN是种理想的选择。GaN基于镓和III-V族氮化物，是一种宽带隙工艺，意味着它比传统的基于硅的器件更快，而且能够提供更高的击穿电压。

　　问题是，一般来说，硅基功率半导体可以为许多应用提供足够的性能，而且比GaN更便宜。 此外，GaN基功率半导体器件是采用相对更加昂贵且复杂的硅基氮化镓工艺制造的。

　　市场研究公司IHS的分析师表示：“GaN半导体已经开始在整个功率半导体市场中取得一些进展，但直到目前为止，它的市场规模依然很小。“最大的挑战来自于价格、技术的接受度和(需要更多的)教育/支持。

　　据报道，电源模块和功率分立器件的市场总额预计将从2015年的119亿美元增长到2016年的127亿美元，在2016年的整个127亿美金中，基于GaN的功率半导体业务预仅有1000万美金，虽然起点很低，但Yole预计该业务从2016年到2021年将以每年86%的速度增长。

　　预计GaN基功率半导体市场将飞速增长，这种形势已吸引许多公司进入这个市场。根据报道，EPC、GaN系统、英飞凌、松下和Transphorm已经开始出货这种器件。 此外，Dialog、恩智浦、安森美半导体、TI等公司正在开发GaN基功率半导体器件。

　　除了这些设计公司之外，还有两家代工厂-台积电和稳懋半导体能够提供GaN工艺。现在，台湾联华电子的一个业务部门Wavetek也计划进军GaN代工业务。

　　什么是功率半导体?

　　功率半导体被设计用来提升系统的效率以及减少能量损失。可是实际上，出于两个方面的原因-传导和开关切换，设备可能会出现能量损失。根据松下的说法，传导损耗是因为器件本身存在阻抗，而开关损耗则发生在on和off状态间。

　　因此，业界的想法是寻找到一种阻抗更低、开关速度更快的晶体管技术。除了这两个因素之外，原始设备制造商还会考虑电压、电流、负载、温度、芯片尺寸、成本等因素。

　　今天，有几种可供选择的功率半导体技术。入门级市场需求由传统功率MOSFET满足，它用于10V-500伏的应用。功率MOSFET基于垂直晶体管架构，在20世纪70年代开发问世。

　　功率半导体厂商之间的厮杀主要集中在两个中档电压区段 - 600伏和1200伏。这种电压区间的主要应用包括适配器、汽车、开关电源和太阳能逆变器。

　　针对这种电压区间的应用，原始设备制造商有四种选择，包括两种硅基解决方案和两种宽带隙技术解决方案。其中，超级结功率MOSFET和IGBT是目前主导这种市场应用的两种硅基技术。

　　超级结功率MOSFET和IGBT基于横向器件结构，用于五百伏到九百伏的应用。同时，IGBT结合了MOSFET和双极晶体管的特性，能够用于400伏到1万伏之间的应用。

　　超级结MOSFET和IGBT不需要使用先进的制造工艺，它们可以使用300mm晶圆生产，使得它们相对而言更加便宜。