盈亚研究:氮化镓建设如火如荼,产业链前景广阔
文章来源:盈亚证券咨询
时间:2020-11-09
       日前,江苏省重大项目英诺赛科氮化镓(GaN)项目完成了一期厂房建设及生产设备搬入,预计今年11月底实现通线试产,明年4月正式投产。英诺赛科苏州第三代半导体基地位于江苏省苏州市吴江区汾湖高新区,一期投资总额超60亿元人民币,满产后将实现月产8英寸硅基氮化镓晶圆65000片。
 
       GaN属于第三代半导体材料(又称为宽禁带半导体材料)。相较于硅、砷化镓等,GaN的禁带宽度更大、击穿电场强度更高,具有更高的电子饱和度和漂移速率、更强的抗辐照能力以及较强的化学稳定性。得益于GaN可处理更高频率和更高能效的电源,GaN可以在尺寸和能耗减半的条件下输送同等的功率,从而提高功率密度,帮助客户在不增大设计空间的同时满足更高的功率要求。而大范围的5G网络覆盖要求运营商部署更高功率和运行频率的设备,GaN的功率密度优势可以满足他们的需求。
 
       目前采用氮化镓的微波射频器件主要用于军事领域、4G/5G通讯基站等,由于涉及军事安全,国外对高性能氮化镓器件实行对华禁运。因此,发展自主氮化镓射频功放产业,有助于打破国外垄断,实现自主可控。
 
       氮化镓目前也逐步应用于各大领域,在功率器件领域,GaN器件在高频、高转换效率、低损耗、耐高温上具有极大的优势,应用在充电器、变频器、新能源汽车等电子电力转换场景。光电领域,GaN器件应用在LED、VCSEL传感器等领域。
 
       2020年2月13日,小米通过线上直播发布会的形式正式发布了小米10系列手机以及部分配件产品。其中小米65w氮化镓充电器成为本次发布会一个亮点,该款充电器具有体积小、充电快、易散热等特点,售价149元。GaN充电器最主要的成本来自于氮化镓MOS功率芯片,昂贵的原材料导致了消费级GaN充电器价格高昂,但GaN充电器是实现快充突破的关键,未来将成为各大主流手机厂商的标配。小米是第一家将GaN充电器单独零售的手机企业,而且售价创下业内新低。随着应用的逐步扩大,规模化效应会逐步凸显,成本将越来越低,氮化镓充电器的渗透率会加速上升。
 
       全球范围内,氮化镓专利申请量排名前四的国家及地区是日本、中国大陆、美国、韩国、中国台湾,其中中国专利量占全球的23%。虽然在专利方面国内有一定有一定优势,但从目前的技术发展状况来说,仍以欧美日企业为主。这和GaN布局早晚有一定的联系,美国和欧洲分别于2002年和2007年启动了氮化镓功率半导体推动计划,我国的GaN研究始于2013年。
 
       从产业链来看,GaN器件产业链各环节依次为:GaN单晶衬底(或SiC、蓝宝石、Si)→GaN材料外延→器件设计→器件制造。GaN衬底主要由日本公司主导,日本住友电工的市场份额达到90%以上。国内已经小批量生产 2 英寸衬底,具备 4 英寸衬底生产能力,并开发出 6 英寸衬底样品。GaN外延片相关企业主要有比利时的EpiGaN、英国的IQE、日本的NTT-AT。中国厂商有苏州晶湛、苏州能华和世纪金光,苏州晶湛2014年就已研发出8英寸硅基外延片,现阶段已能批量生产,2018年12月聚能晶源成功研制了 8 英寸硅基氮化镓(GaN-on-Si)外延晶圆。GaN器件设计厂商方面,有美国的EPC、MACOM、Transphom、Navitas,德国的Dialog,国内有被中资收购的安谱隆(Ampleon)等。全球 GaN 射频器件独立设计生产供应商(IDM)中,住友电工和 Cree 是行业的龙头企业,市场占有率均超过 30%,其次为 Qorvo 和 MACOM。
 
       总体上看,未来以第三代半导体材料SiC和GaN制成的半导体功率器件将成为发展主流,当前许多发达国家已经将第三代半导体材料列入国家计划,全面部署。而我国国内GaN产业链也正处于加紧布局阶段。此前有媒体报道,我国正在规划将大力支持发展第三代半导体产业写入“十四五”规划之中,未来产业发展前景广阔。据Yole统计,2018年GaN功率器件国内市场规模约为1.2亿元,尚处于应用产品发展初期,但未来市场空间有望持续拓展,在市场乐观预期下,2023年GaN功率电子市场规模有望达到4.24亿美元。
 
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