氮化鎵最強風口來臨,引爆半導體新藍海

2020-12-18 樂晴智庫

隨著小米10的發布,氮化鎵(GaN)充電器開始進入大眾視野,同時也激活了市場。此次小米發布的氮化鎵充電器Type-C 65W,體積比常規充電器小50%,且能夠為筆記本電腦充電。與此同時,該充電器具備多檔位充電功率自動調節,智能兼容市面上主流筆電和手機產品,即使是為iPhone 11充電,充電速度也比iPhone原裝充電速度快50%。

新型的GaN快充與傳統快充相比,由於GaN充電器擁有更大的功率密度,所以能夠實現更快的充電速度;同時,由於具有更高的能量轉化效率,所以GaN快充具有更低的功耗並減少發熱,此外,GaN功率器件的開關頻率顯著高於傳統快充中的Si功率器件,因此可以實現體積更小的充電器產品設計,有望成為快充技術升級的重要方向。

氮化鎵:第三代半導體材料

在國內,氮化鎵被稱為第三代半導體材料(又稱為寬禁帶半導體材料)。GaN的禁帶寬度、電子飽和遷移速度、擊穿場強和工作溫度遠遠大於Si和GaAs,具有作為電力電子器件和射頻器件的先天優勢。目前第三代半導體材料以SiC和GaN為主。相較於SiC,GaN材料的優勢主要是成本低,易於大規模產業化。儘管耐壓能力低於SiC器件,但優勢在於開關速度快。同時,GaN如果配合SiC襯底,器件可同時適用高功率和高頻率。

目前業界已推出多種快充技術方案,主要包括高通Quick Charge技術、OPPO VOOC閃充技術、聯發科PumpExpress技術、華為Super Charge技術、vivo SUPER Flash Charge技術和USB3.1 PD充電技術等。隨著智慧型手機等應用市場對快充產品需求的持續提升,快充產業將保持快速發展趨勢。

氮化鎵充電器最主要的成本來自於氮化鎵MOS功率晶片,昂貴的原材料導致了消費級氮化鎵充電器價格高昂,但氮化鎵充電器是實現快充突破的關鍵,未來將成為各大主流手機廠商的標配,隨著應用的逐步擴大,規模化效應會逐步凸顯,成本將越來越低。未來如果蘋果也開始採用氮化鎵的充電器,氮化鎵充電器的滲透率會加速上升。

2013年高通發布快充技術,起步階段只是在手機充電器領域使用,一年之內成為安卓手機的標配。快充手機和充電器滲透率迅速提升。無線充電起步階段只在三星高端機使用,現在已經滲透到各品牌的旗艦機。預計氮化鎵充電器,2020年只是在少數高端機型上作為標配產品,獨立的氮化鎵充電器是主要產品。根據快充和無線充電發展規律,預計2021年氮化鎵充電器有望會成為旗艦手機標配。

隨著技術的突破,產品價格降低,氮化鎵成為最重要的半導體材料,使行業產生巨大變革,GaN(氮化鎵)市場將迎來爆發。

氮化鎵應用領域廣泛

GaN應用領域廣泛,目前氮化鎵器件有三分之二應用於軍工電子,如軍事通訊、電子幹擾、雷達等領域;在民用領域,氮化鎵主要被應用於通訊基站、功率器件等領域。

基站建設將是氮化鎵市場成長的主要驅動力之一。Yoledevelopment數據顯示,2018年,基站端氮化鎵射頻器件市場規模不足2億美元,預計到2023年,基站端氮化鎵市場規模將超5億美元。氮化鎵射頻器件市場整體將保持23%的複合增速,2023年市場規模有望達13億美元。

氮化鎵基站PA的功放效率較其他材料更高,因而能節省大量電能,且其可以幾乎覆蓋無線通訊的所有頻段,功率密度大,能夠減少基站體積和質量。

功率器件領域,GaN器件在高頻、高轉換效率、低損耗、耐高溫上具有極大的優勢,隨著5G手機耗電量增加,大功率快充將成為標配,同時手機、筆電、平板電腦等終端產品充電器將趨於歸一化。光電領域,GaN器件應用在LED、VCSEL傳感器等領域。

Yoledevelopment數據顯示,2018年GaN功率電子器件國內市場規模約為1.2億元,尚處於應用產品發展初期,但未來市場空間有望持續拓展,在市場樂觀預期下2023年GaN功率電子市場規模有望達到4.24億美元。氮化鎵射頻市場規模將於2023年增長至13億美元,複合增速為22.9%。下遊應用結構整體保持穩定,以通訊與軍工為主,二者合計佔比約為80%。.

氮化鎵主要增長:電源和射頻晶片

電源和射頻晶片是GaN主要增長點:

1)電源晶片將是GaN短期推動力。在電源晶片方面(主要是充電器晶片),受到小米,VIVO等廠商的推動,充電器將會成為GaN市場發展的短期推動力。伴隨著GaN產量的上升,GaN晶片的製造成本也會快速下降,形成消費電子類GaN市場。

根據材料深一度援引Yole數據,2018年GaN功率器件國際市場規模中,電源設備領域佔比55%,其次是雷射雷達,佔比達到26%,其他下遊應用如包絡跟蹤、無線電源等。GaN在電源設備的應用還包括手機的快速充電及無線充電等,隨著消費電子朝小型化,智能化發展,GaN將擁有更多應用場景。

電源驅動晶片主要廠商有:聖邦股份和富滿電子。

2)射頻晶片將是GaN長期推動力。射頻領域是GaN目前滲透率較高、未來發展前景大的產業,尤其是用於價格敏感度較低的基站建設和改造,GaN射頻晶片已經在少部分基站投入使用,由於GaN耐壓高,高頻特性好,特別是在毫米波上的的優勢,在5G基站領域需求強烈。

氮化鎵將佔射頻器件市場半壁江山。在射頻器件領域,目前LDMOS(橫向擴散金屬氧化物半導體)、GaAs(砷化鎵)、GaN(氮化鎵)三者佔比相差不大,但據Yoledevelopment預測,至2025年,砷化鎵市場份額基本維持不變的情況下,氮化鎵有望替代大部分LDMOS份額,佔據射頻器件市場約50%的份額。

據YoleDevelopment數據,目前GaN在射頻市場(除手機PA)的市佔率超過20%,未來GaN將替代LDMOS,預計通信領域RF用GaN市場規模將從2017年的1.5億美元增長到2023年的5.6億美元。

在軍用市場,GaN射頻器件需求快速增長,根據《第3代半導體發展概述及我國的機遇、挑戰與對策》數據,僅戰鬥機雷達對GaN射頻功率模塊的需求就將達到7500萬隻。目前,美國海軍新一代幹擾機吊艙及空中和飛彈防禦雷達(AMDR)已採用GaN射頻功放器件替代GaAs器件。根據該期刊論文援引Yole的預測,2020年末,GaN射頻器件市場規模將達到7.5億美元,年均複合增長率20%。

氮化鎵產業鏈將迎快速發展

隨著智慧型手機等應用市場對快充產品需求的持續提升,快充產業將保持快速發展趨勢,相關產業鏈公司有望率先受益。快充產業鏈的上遊為快充方案設計,以及GaN、電容器、連接器及線束、充電接口等電子原材料或電子元器件,中遊為充電器模塊、快充晶片、電源管理晶片、電芯和電芯PACK,下遊則為各類充電應用。

其中GaN(氮化鎵)產業鏈包括上遊原材料、中遊器件模塊和下遊應用。

上遊原材料基本包括襯底、外延片

襯底廠商主要有:蘇州納維、東莞中鎵、住友電氣、三菱化學等;

外延片廠商有:晶湛半導體、江蘇能華、華功半導體、大連芯冠、英國IQE、美國Allos等。

國外主要廠商方面,矽基襯底主要供應商有德國Siltronic、日本Sumco、日本Shin-Etsu等企業,而日本的NTT-AT、比利時的EpiGaN和英國的IQE等則是矽基GaN外延片的主要供應商。部分廠商則在產業鏈上延伸,同時生產外延片及器件製造,例如Episil、Bridg、Fujitsu等。

中遊器件模塊環節包括設計、製造、封測、IDM

設計廠商主要有:海思半導體、中興微電子、安譜隆等、Dialog等;

製造環節廠商主要有:三安光電、臺積電等;

封測廠商有:富滿電子等;

IDM廠商有:士蘭微、英飛凌、恩智浦、住友電氣等;

下遊應用包括消費電子、數據中心、電源、電力電子。

目前主流氮化鎵生產廠家依舊集中在美、歐、日等國,我國企業尚未進入供給端第一梯隊。

初創型的公司比如EPC,Transphorm,GaN system和Navitas主要選擇fabless模式,代工廠有臺積電,Episil。EPC宣布低壓晶圓級封裝產品價格和矽相同。同時傳統的IDM公司比如德州儀器,英飛凌,意法半導體和松下等也參與競爭,比如英飛凌在2018年批量600V E-mode HEMT,意法半導體和CEA Leti合作8寸的GaN-on-Si技術。

氮化鎵刺激功率半導體市場繁榮

在今年的CES2020上,包括Anker在內的30家廠商推出了66款氮化鎵快充產品。現在小米再緊接著推出氮化鎵充電器,將把這個市場需求進一步擴大。伴隨著GaN在消費電子行業中的普及,GaN晶片的設計、製造成本將快速下降,進一步刺激市場應用普及。

氮化鎵領域的投資機會將呈現由點到面,多領域相互促進的態勢。第一層,GaN充電器已經走進消費電子,將迎來快速爆發;第二層,疫情過後,國內市場5G Sub-6GHz基站建設需求加速回補,美國市場5G毫米波建設如期推進,全球5G基站建設將刺激射頻GaN和電源GaN的應用普及;第三層,隨著GaN產品在消費電子滲透率提升和5G基建剛需的帶動下,成本下降,應用場景將進一步擴大到新能源汽車、雷射雷達、數據中心等,從而刺激功率半導體市場繁榮。

相關焦點

  • 三安光電:第三代半導體廣泛布局,有望長期受益功率器件藍海市場
    (原標題:三安光電:第三代半導體廣泛布局,有望長期受益功率器件藍海市場)1月6日,覽富財經網發文《第三代半導體能否助推科技產業實現彎道超車?》
  • 第三代半導體產業專利分析:全球總量近 9 萬,氮化鎵、光電子佔比較大
    第三代半導體為近年新興的技術,主要聚焦於碳化矽、氮化鎵等寬禁帶半導體新材料領域的突破性技術發展以及新材料器件研發。20世紀初出現第三代半導體相關專利申請,大約在2000年以後,相關專利申請開始進入快速增長階段。美國早期領銜全球專利增長,2010年前後我國的申請量首次超過美國。
  • 第三代半導體板塊再現市場活躍 晶片、氮化鎵等概念股受追捧
    第三代半導體板塊再現市場活躍 晶片、氮化鎵等概念股受追捧! 今日盤中第三代半導體板塊再現市場活躍,盤中氮化鎵、晶片、光刻膠等概念股受到市場熱炒呈現逆勢走強,盤中北方華創、華峰測控、澳洋順昌、聞泰科技、賽微電子、楊傑科技、捷捷微電、長川科技、華微電子、全志科技、斯達半導、中芯國際等概念股呈現逆勢走強,盤中第三代半導體概念股受到市場熱炒呈現逆勢走強。
  • 被國家寫進「十四五」的第三代半導體到底是什麼?
    圖片來源:拍信圖庫 公元 2020 年 9 月 4 日,一則 「我國將把大力發展第三代半導體產業寫入『十四五』規劃」的消息引爆市場,引起第三代半導體概念股集體衝高漲停
  • 全球半導體晶圓擁抱未來——第三代
    第三代半導體材料主要是以碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)、氧化鋅(ZnO)、金剛石、氮化鋁(AlN)為代表的寬禁帶(禁帶寬度 Eg>2.3eV)的半導體材料。在這些應用中,SiC因其3倍於矽半導體的導熱係數而成為理想的半導體材料。SiC技術適用於功率較高的項目,例如電動機、驅動器和逆變器。電驅動器製造商正在開發新的驅動電路,以滿足轉換器對更高開關頻率的需求,並採用更複雜巧妙的拓撲結構來減小電磁幹擾(EMI)。
  • 中國晶片新篇(二):跨越式進擊,第三代半導體
    公元 2020 年 9 月 4 日,一則 「我國將把大力發展第三代半導體產業寫入『十四五』規劃」的消息引爆市場,引起第三代半導體概念股集體衝高漲停,場面十分壯觀。暴漲逆襲之間,「第三代半導體」成了瘋狂刷屏的明星詞,人們驚呼下一個風口來了。
  • 第三代半導體徹底火了:已有45家上市公司實證涉足 一半已有產品
    三代半導體概念持續火熱近段時間以來,以碳化矽、氮化鎵、金剛石為代表的第三代半導體產業概念股異軍突起,成為低迷震蕩行情下一道亮麗的風景線。9月4日,大盤低迷之際,乾照光電、聚燦光電等第三代半導體概念股大漲,直接衝上20%漲停板。10天後的9月14日,A股第三代半導體概念依然強勢,指數大漲8.1%,聚燦光電、楊傑科技、乾照光電、楚江新材4股漲停。
  • 氮化鎵充電器,究竟是一種什麼技術?
    在小米10新品發布會上,小米創始人雷軍詳細介紹了氮化鎵(GaN)充電器,作為一種新型的半導體材料,氮化鎵做出來的充電器體積非常小,充電效率卻特別高,因此這次推出的小米氮化鎵65W充電器比標配的65W充電器體積要小一半。為什麼使用氮化鎵能夠縮小體積呢?
  • 聚焦第三代半導體與微顯示,「國星之光」亮了!
    此外,秦快還表示,LED顯示屏在往超4K/8K超高清顯示發展的過程中,新材料、新設備、新結構和新標準是LED顯示「器」封裝產業化面臨的重點問題。 國星光電 RGB事業部副總經理秦快發表演講 中山大學教授劉揚圍繞《第三代半導體新賽道-氮化鎵基功率電子技術發展動態》的主題發表了演講,並分享了氮化鎵功率半導體發展現狀、器件產業化的關鍵技術,器件的推廣及應用、
  • 智芯融:第三代半導體進擊時刻,它憑什麼一夜爆火?
    最近,「我國將把發展第三代半導體產業寫入『十四五』規劃」引爆全網。什麼是第三代半導體?發展第三代半導體的意義在哪兒?它憑什麼一夜爆火? 在2021至2025年期間,「舉全國之力」,在教育、科研、開發、融資、應用等各方面,全力發展第三代半導體,以實現產業自主。
  • 【動態】英諾賽科氮化鎵項目預計本月底通線試產,長江小米基金...
    1.一周動態:英諾賽科氮化鎵項目預計本月底通線試產,長江小米基金、英特爾亞太等入股南芯半導體;2.華為將推麒麟9000新平板?3.臺積電或被批准向華為供貨,但不包括先進工藝?
  • 最具確定性的半導體細分方向:半導體+射頻晶片
    基本就是圖裡的這些東西,好巧不巧的是,這些東西都需要用到GaN,所以你知道了這個東西要炒的話氮化鎵肯定是佔一份的。前段時間為啥瘋狂炒氮化鎵,這都是有節奏的。慣例再貼張圖,這樣就清晰一些了。
  • 新工藝面臨技術挑戰 半導體材料時代來臨
    本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/80890.htm  隨著半導體技術向45nm、32nm延伸,越來越多的新材料將在生產中採用。2007年半導體材料的銷售額已達到了420億美元,佔半導體產業的16%,與半導體設備銷售額持平。
  • 我國第三代半導體迎窗口期 2020年第三代半導體材料產業鏈及概念股...
    預計2020年中國SiC(碳化矽)、GaN(氮化鎵)電力電子和微波射頻產值約為70億元。其中,SiC、GaN電力電子產業產值2020年將達35.35億元,比去年的29.03億元將增長21.77%;GaN微波射頻產業產值2020年將達33.75億元,比去年的26.15億元將增長29%。   半導體行業經過近六十年的發展,半導體材料經歷了三次明顯的換代和發展。
  • ...劉鵬:帶領團隊打破國際技術壟斷 為我國氮化鎵行業添磚加瓦
    初見劉鵬,是在東莞市中鎵半導體科技有限公司(以下簡稱「中鎵半導體」)實驗室。當時,他正身穿工作服,在半導體設備前監控著數據。劉鵬在中鎵半導體任總經理助理。這一名80後黨員,多年來堅守初心,紮根東莞進行氮化鎵(GaN)材料生產設備的研發,並成功帶領團隊打破了國際技術壟斷,為國家高端先進裝備製造業增添技術實力。他也因此獲得了全國勞動模範、「慶祝中華人民共和國成立70周年」紀念章、廣東省五一勞動獎章、東莞市優秀共產黨員、東莞市勞動模範等榮譽。「我的初心,就是想通過自己的研究,讓更多人用得上第三代半導體產品。」他說。
  • 第三代半導體專題報告:蓬勃發展,大有可為
    砷化鎵和磷化銦半導體雷射器成為 光通信系統中的關鍵器件,同時砷化鎵高速器件也開拓了光纖及移動通信的新 產業。1.3.第三代半導體材料性能優勢明顯第三代半導體材料包括了以碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶化合物半導體。
  • 散戶遙指「氮化鎵」
    就在這一片慘澹的低開情況下,殺出一匹黑馬,「氮化鎵」板塊一舉扛起止跌反彈的大旗,率領科技股上漲。板塊內掀起漲停潮,4股封20%漲停板!就是漲幅超5%的也有9家之多,簡稱「九佳」。九佳股票 早上坊間傳出消息,第三代半導體產業將寫入十四五規劃,而氮化鎵就是第三代半導體的核心材料。
  • GaN氮化鎵是什麼黑科技,讓眾多廠家都趨之若鶩……
    氮化鎵(GaN)充電器隨著小米發布會逐漸進入我們的視野(在此之前,氮化鎵技術已經在發展了),越來越多的廠商也進入了氮化鎵充電器的競爭領域之中。相比於傳統充電器,氮化鎵產品擁有體積更小、效率更高等特點。什麼是氮化鎵?氮化鎵是一種半導體材料,在 1990 年代通過製造 LED 為人所知。GaN 被用於製造在白天可以看到的白光 LED、藍光雷射器和全彩 LED 顯示屏等。在藍光 DVD 播放器中,GaN 產生藍光,使用藍光從 DVD 讀取數據。
  • 和巍巍:第三代半導體之碳化矽功率器件
    ●今年小米發布氮化鎵的充電器激發了大家的熱情,去年全球有300萬、500萬臺應用氮化鎵快充的產品,今年預測會達到1500萬臺左右的量級。和巍巍&陳俊傑圓桌對話精選以新能源車為代表,碳化矽MOSFET將來替代IGBT,成本端何時可下降到同等水平,得以大規模鋪開?
  • 麻省理工研發出半導體薄膜製作新方法
    麻省理工研發出半導體薄膜製作新方法 胡薇 發表於 2018-10-28 09:29:12 麻省理工的工程師們開發出一種新的技術,這種技術除了矽以外還可以使用其他一系列特殊材料製成超薄半導體薄膜