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5G手机|化合物半导体GaAs、GaN、SiC的技术优势和应用领域分析( 五 )


5G宏基站和军事应用爆发有望推动GaN射频市场高速增长 。 根据Qorvo预测 ， 全球基站和军事GaN射频器件市场将分别从2018年的2.1亿美元和2.0亿美元增长到2022年的13.6亿美元和5.2亿美元 ， CAGR分别为60%和27% ， 全球GaN射频器件市场规模将从2018年的4.3亿美元达到2022年的19.1亿美元 ， CAGR约45% 。

5G手机|化合物半导体GaAs、GaN、SiC的技术优势和应用领域分析
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快充快速起量
GaN功率器件技术优势明显：GaN功率器件开关频率高、导通电阻小、电容小、禁带宽度大、耐高温、能量密度高、功率密度大 ， 可在高频情况下保持高效率水平 ， 实现更高效的快充 ， 适合于高功率电子产品 。 相比较而言 ， 传统硅器件开关速度越快 ， 效率越低 ， 在实现高功率充电上存在技术障碍 。
GaN可集成外围驱动 ， 减小整体体积：传统的硅器件是垂直结构 ， 不能集成外围驱动；GaN功率器件是平面架构 ， 可以集成外围驱动和控制电路 ， 将IC体积做小 ， 显著降低成本 。

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多款GaN充电器问世 ， 产品趋势明显 。 OPPO在去年11月成为全球首家推出GaN充电器的手机厂商 ， 但其65W快充仅支持其自有的SuperVOOC快充协议 ， 且接口为USB-A ， 无法兼容大部分笔记本电脑 ， 仅适合OPPO产品 。 目前已有多家充电器厂商推出了GaN充电产品 。 在今年CES2020展上 ， 30家厂商展出了66款GaN快充充电器 ， 体积均小于传统充电器 ， 且大部分产品均支持PD、QC等快充协议 ， 配置USB-C接口 。 即将发布的RealmeX50Pro有望采用65WSuperDart超级闪充GaN充电器 。 5G手机功耗的提高带来更强烈的快充需求 ， 65W、甚至100W以上充电器有望快速普及 ， GaN快充充电器有望成为市场主流 。

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GaN功率半导体市场高速增长 。 根据Yole ， 全球GaN功率半导体市场规模在2018年仅为873万美元 ， 保守预测到2024年将超过3.5亿美元 ， 18-24年的年均复合增长率达到85% 。 若按乐观的情况估计 ， 苹果、三星、华为等手机厂商同样采用GaN电源适配器 ， 预计2024年全球GaN功率半导体市场规模将超过7.5亿美元 。 我们推测 ， 如果笔记本电脑、平板电脑、轻混电动汽车等都采用GaN快充 ， 市场空间有望更大 。

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4.SiC：高压功率半导体关键器件 ， 受益于新能源汽车快速增长
4.1SiC：主要应用于高电压功率半导体领域
SiC是一种新型半导体材料 ， SiC功率器件的研发自1970年代便已开始 ， 2001年英飞凌推出了第一款SiC器件——300V~600V(16A)的SiC肖特基二极管 ， 随后 ， SiC功率器件开始了迅速的商业化发展 ， 2007年SiCJFET、BJT上市 ， 2011年首款1.2kVSiCMOSFET上市 ， 2015年SiCTrenchMOSFET开始导入市场 ， 2016及2017年 ， 3.3kV和6.4kVSiC功率MOSFET试样出现 ， SiC功率器件不断向更高压拓展 。 2018年 ， 特斯拉Model3首次采用SiC功率器件 。 伴随电动汽车的发展 ， SiC市场来到了一个新的快速发展的阶段 。

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SiC更适合高压功率器件应用 ， 未来前景广阔 。 SiC与传统的Si半导体相比 ， 具有宽禁带（Si的3倍左右）、高击穿场强（Si的9倍以上）、高热导率（Si的2.5倍以上）、高工作温度（Si的2倍）、高电子迁移率（Si的2倍以上）的性能特征 ， 在应用中具有电荷损失少、耐高压、高温高频性能好的特点 ， 能够降低器件功耗、节约散热成本、小型化器件 ， 并可用于大型高压设备 。 未来在汽车、工业、IT及消费电子等多个领域的应用中有替代Si基器件的潜力 ， 未来前景广阔 。


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