Обзор рынка мощных GaN- и SiC‑приборов

Обзор рынка мощных GaN- и SiC‑приборов

Выпуск 16 (6715) от 20 августа 2020 г.
РУБРИКА: ДАТЧИКИ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

Силовая электроника развивается за счет внедрения мощных полупроводниковых приборов на основе GaN и SiC. Представители Yole Développement (Лион, Франция) оценили общее состояние рынка этих приборов на основе материалов с широкой запрещенной зоной. В то время как кремний все еще доминирует на рынке, устройства GaN и SiC уже представляют собой более эффективные решения в некоторых приложениях. С точки зрения разработки, исследования в отношении SiC направлены на улучшение качества пластин и перехода на пластины большего диаметра, а также разработку мощных модулей. В области GaN основные тенденции связаны с интеграцией устройств GaN – ​решения «система-в-модуле» или «система-на-кристалле».


Мощные SiC-приборы

Эксперты Yole указывают на прогресс в переходе на пластины большего диаметра при формировании схем на SiC – ​в 2018–2020 гг. наблюдается переход с пластин диаметром 100 мм на пластины диаметром 150 мм. Ряд производителей устройств уже работают на 150-мм пластинах. Однако сегодня высококачественные 150-мм пластины по-прежнему сложны в производстве с точки зрения выращивания подложки и подготовки поверхности пластин, что напрямую влияет на выход годных. Поэтому для производителей важно использовать качественный материал – ​как для максимизации выхода годных, так и для экономии с точки зрения стоимости продукта в целом.

Потоки инвестиций направляются в данную сферу ведущими игроками, такими как Cree, II‑VI и SiCrystal, а также китайскими производителями. Многолетние соглашения о поставках были подписаны между поставщиками подложек Cree/Wolfspeed и SiCrystal, с одной стороны, и производителями приборов, такими как Infineon и STMicroelectronics, с другой стороны.

ON Semi также заключила подобную долгосрочную сделку с неназванным партнером – ​с целью продемонстрировать, что она может обеспечивать крупные поставки на целевые рынки. Большинство из этих сделок были подписаны в период между 2018 и 2019 гг.

STMicroelectronics сформировала партнерские отношения с Tesla, они в основном касаются поставок SiC главных инверторов, поэтому STMicroelectronics в настоящее время контролирует значительную долю рынка мощных SiC-приборов. Infineon и ON Semi также принимают активное участие в разработках SiC-приборов, предназначенных для автомобильных и промышленных систем.

ON Semi не только покупает, но и производит собственные SiC-подложки. У нее также есть соглашение с GTAT о поставках SiC-кристаллов (для резки на пластины). Для ON Semi важно контролировать качество получаемых материалов, а также вертикально интегрировать их в цепочку поставок (рис. 1).



Источник: Yole Développement, Power SiC2019: Materials, Devices, and Applications

Рисунок 1. Долгосрочный прогноз развития рынка мощных SiC-приборов

* К мощным SiC-приборам относятся дискретные диоды, транзисторы и модули.


По прогнозам специалистов Yole, поставщики будут уделять все больше внимания модулям, ориентированным на приложения высокой мощности, такие как главные инверторы и инфраструктура зарядки.

Отраслевые обозреватели особо подчеркивают, что для корпусирования мощных SiC-модулей необходимо разработать новые типы корпусов и методы корпусирования, которые, в отличие от существующих, будут лучше приспособлены к карбиду кремния.


Мощные GaN-приборы

В области мощных GaN-приборов одной из основных тенденций стало сотрудничество их поставщиков с такими известными кремниевыми заводами, как Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), X-Fab или Episil Technologies (в целях снижения издержек производства).

Мощные GaN-приборы продаются в основном на рынке бытовой электроники – ​для быстрых зарядных устройств. Происходит активное освоение этих устройств. Это очевидная технологическая тенденция на потребительском рынке. Основные решения, предлагающиеся сейчас для быстрых зарядных устройств, – ​GaN-«системы-в-модуле» и «системы-на-кристалле»

Основные требования к быстрому зарядному устройству – ​плотность мощности и эффективность. Таким образом, необходимо снижать габариты и удельную цену мощности. Быстрые зарядные устройства, поставляемые такими фирмами, как Navitas и Power Integrations, широко осваиваются китайскими производителями комплектного оборудования (OEM).

Мощные GaN-приборы изготавливаются на двух типах подложек – ​кремниевых и сапфировых. Приборы типа «GaN-на-кремнии» производятся в основном на 150-мм пластинах, хотя некоторые поставщики для их изготовления применяют 200-мм пластины (рис. 2).



Источник: Yole Développement: Power GaN: Epitaxy, Devices, Applications & Technology Trends report, 2019

Рисунок 2. Долгосрочная эволюция рынка мощных GaN-приборов



Источник: Yole Développement: Compound Semiconductor Quarterly Market Monitor, June 2020

Рисунок 3. Прогноз структуры рынка мощных GaN-приборов


Мощные дискретные приборы на основе GaN по-прежнему будут пользоваться спросом, но они больше подходят для приложений с высокой мощностью, например для ЦОД или источников питания базовых станций.

В области радиочастотных приборов корпорация Huawei уже внедрила несколько лет назад GaN-усилители мощности в свои базовые станции 4G LTE. При переходе на 5G будут задействованы более высокие частоты суб‑6‑ГГц-диапазона. Здесь также потребуются GaN-приборы – ​на высокой частоте их плотность мощности лучше, чем у КМОП-приборов. Внедрение GaN-технологии имеет хорошие перспективы в базовых станциях высокой мощности, а также в новых активных антенных системах.

Отмечается, что замена кремниевой технологии на GaN-технологию в секторе мощных полупроводниковых приборов обусловлена прежде всего большей эффективностью и скоростью переключения GaN-решений, а также меньшими потерями самих источников питания.


Di Paolo Emilio Maurizio. Insight of GaN and SiC Market. EE Times magazine, July 27, 2020: https://www.eetimes.com/insight-of-gan-and-sic-market/


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ