近日，晶湛半導(dǎo)體宣布完成數(shù)億元C輪融資，由蔚來資本、美團(tuán)龍珠領(lǐng)投，華興資本旗下華興新經(jīng)濟(jì)基金、欣柯資本等跟投，老股東歌爾微電子、三七互娛等繼續(xù)加碼。據(jù)悉，這是繼今年3月完成B+輪數(shù)億元戰(zhàn)略融資以來的又一輪融資。

晶湛半導(dǎo)體吸引眾多新老投資方的關(guān)鍵在于其在氮化鎵材料方面的領(lǐng)先技術(shù)及布局。晶湛半導(dǎo)體創(chuàng)始人、總裁程凱博士表示將加大研發(fā)和技術(shù)投入，加速推進(jìn)GaN材料在汽車電子等領(lǐng)域的應(yīng)用。

氮化鎵材料的優(yōu)勢

氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)是第三代半導(dǎo)體材料的代表，與新能源汽車、光伏、5G、消費(fèi)快充等高成長性下游領(lǐng)域深度綁定。

第三代半導(dǎo)體材料禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)勢。因此其在提升車體輕量化、系統(tǒng)高效化和長程續(xù)航等方面發(fā)揮重要作用。

業(yè)內(nèi)人士表示，在一輛電動車?yán)锩?，氮化鎵芯片的潛在市場總空間超過250美元，其中，主驅(qū)動的應(yīng)用接近200美元，車載充電器大約50美元，DC/DC的逆變器大概15億美元，到2025年電動汽車中氮化鎵芯片市場機(jī)會總值超過25億美元/年。

另外，激光雷達(dá)，電池管理系統(tǒng)、無線電力傳輸系統(tǒng)、車載信息娛樂系統(tǒng)、以及新型高效車用照明、車載微顯示等都離不開高品質(zhì)氮化鎵材料的支撐。

有數(shù)據(jù)顯示，氮化鎵上車，可使充電時間減少了60%，且車載充電器的體積和重量不會影響到本身車的重量；在逆變器上，相比硅基功率器件，氮化鎵能節(jié)能70%，可增加5%的續(xù)航。

得益于氮化鎵對汽車充電、續(xù)航等方面的效果會更突出，充電器與逆變器或?qū)⑹锹涞匦Ч詈玫牧悴考I(lǐng)域。

第三代半導(dǎo)體材料未來成長空間廣闊，全球氮化鎵器件市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，從2018年的116.54億美元增長至2021年的219.22億美元，對應(yīng)的復(fù)合增長率為17.22%。


突圍不易，氮化鎵應(yīng)用的難點(diǎn)有哪些？

目前氮化鎵在電動車的應(yīng)用還處于早期。從應(yīng)用端來看，2021年光電氮化鎵器件占比市場份額最大，占比為65%；其次為射頻氮化鎵器件占比為30%。

現(xiàn)在車用氮化鎵功率器件仍受可靠性、產(chǎn)品模式、生產(chǎn)模式、設(shè)計(jì)工藝等方面困擾，尤其是，氮化鎵技術(shù)的難點(diǎn)在于晶圓制備工藝。

另外，對氮化鎵器件的測試非常重要，一旦氮化鎵作為安全性器件，最重要的是可靠性；

還有就是驗(yàn)證周期較長，也是一大弊端，目前國內(nèi)已有眾多企業(yè)推出了相應(yīng)產(chǎn)品，并已陸續(xù)開始進(jìn)行上車驗(yàn)證，驗(yàn)證周期較長，落地效果有待進(jìn)一步觀察。

從地域角度來看，氮化鎵技術(shù)掌握在歐美日企手中，比如日本方面在2022年7月利用氮化鎵研發(fā)的逆變器，已首次成功應(yīng)用在電動汽車上，有望讓電動汽車節(jié)能20%以上。

中國技術(shù)方面相對薄弱。我國氮化鎵材料與器件原始積累相對薄弱，傾向于軍工方面，在汽車領(lǐng)域依然是個新的挑戰(zhàn)。

以上都是氮化鎵器件在車用市場突圍時，要經(jīng)歷的難關(guān)。


8吋氮化鎵已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)

12月6日，EPC宣布，他們與世界先進(jìn)（VIS）簽訂了氮化鎵功率半導(dǎo)體的代工生產(chǎn)協(xié)議，將于 2023 年初正式開始生產(chǎn)。

據(jù)悉，EPC將利用世界先進(jìn)在 8 英寸GaN生產(chǎn)線的代工能力，加強(qiáng)GaN 晶體管和集成電路的制造，從而增強(qiáng)他們在氮化鎵功率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的市場領(lǐng)導(dǎo)地位。

世界先進(jìn)于1994 年成立，在中國臺灣和新加坡?lián)碛?個 8 英寸晶圓廠，2022 年平均月產(chǎn)能約為 26.2萬片。

在氮化鎵領(lǐng)域，世界先進(jìn)的“絕招”是襯底——GaN-on-QST。今年11月，世界先進(jìn)已經(jīng)完成了650V GaN-on-QST器件的可靠性驗(yàn)證，正式進(jìn)入量產(chǎn)。


國內(nèi)企業(yè)氮化鎵單晶進(jìn)展

近幾年內(nèi)，國內(nèi)的吳越半導(dǎo)體、蘇州納維、廣東光大、上海瀚鎵以及安徽鎵數(shù)在氮化鎵單晶方面均取得了良好成果。

2021年1月，納維科技總部大樓建設(shè)項(xiàng)目在蘇州工業(yè)園區(qū)正式奠基；今年8月10日，該總部大樓已順利完成封頂，完全投產(chǎn)后預(yù)計(jì)年產(chǎn)氮化鎵單晶襯底及外延片5萬片以上。

2022年6月7日，安徽鎵數(shù)公示了其氮化鎵單晶襯底項(xiàng)目的環(huán)評表。據(jù)悉，該項(xiàng)目將分3期建設(shè)，一期建設(shè)10條氮化鎵單晶襯底生產(chǎn)線，二期建設(shè)20條氮化鎵單晶襯底生產(chǎn)線，三期建設(shè)30條氮化鎵單晶襯底生產(chǎn)線，三期完全達(dá)產(chǎn)后將形成年產(chǎn)18萬片2英寸氮化鎵單晶襯底的生產(chǎn)能力。

2021年12月，吳越半導(dǎo)體舉行了GaN晶體出片儀式，展出了全球范圍內(nèi)首次厚度突破 1 厘米的氮化鎵晶體，該晶體平整度達(dá)到1-2um，粗糙度達(dá)到0.12nm，達(dá)到了世界最高水準(zhǔn)。

2020年2月，吳越半導(dǎo)體、先導(dǎo)集團(tuán)與高新區(qū)管委會簽訂合作協(xié)議，在無錫高新區(qū)實(shí)施 2-6 英寸氮化鎵自支撐單晶襯底產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，該項(xiàng)目總投資37億元，主要進(jìn)行2-6英寸氮化鎵自支撐單晶襯底及GaN-On-GaN功率芯片、射頻芯片的研發(fā)和生產(chǎn)。

2021年9月，東莞增補(bǔ)了61個2021年第三批市重大項(xiàng)目，其中包括廣東光大的氮化鎵項(xiàng)目，總投資額高達(dá)44億元。今年4月，該項(xiàng)目舉行了開工儀式，項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容為精密半導(dǎo)體設(shè)備制造、氮化鎵襯底生產(chǎn)線、氮化鎵器件生產(chǎn)線等；建成后將生產(chǎn)2-4英寸氮化鎵襯底、2-6英寸GaN on GaN/Si器件。

此外，廣東光大子公司也有相關(guān)進(jìn)展——2018年2月，東莞中稼半導(dǎo)體宣布，在國內(nèi)首次試產(chǎn)4英寸自支撐GaN襯底，并計(jì)劃于同年年底實(shí)現(xiàn)常規(guī)量產(chǎn)。

2021年8月，根據(jù)《瀚鎵GaN自支撐晶圓制造關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化》項(xiàng)目的環(huán)評公示，上海瀚鎵半導(dǎo)體科技有限公司將在上海市浦東新區(qū)建設(shè)“4英寸GaN高質(zhì)量自支撐晶圓的研發(fā)及中試”。

11月21日，浙江省湖州市舉行了“一體化賦能高質(zhì)量發(fā)展走進(jìn)湖州”暨重大項(xiàng)目簽約儀式，共有3個光電領(lǐng)域項(xiàng)目成功簽約，其中包括一個氮化鎵項(xiàng)目。

該氮化鎵項(xiàng)目由青島聚能創(chuàng)芯微電子有限公司主導(dǎo)，總投資11億元，計(jì)劃年產(chǎn)20.4萬片氮化鎵外延片。

青島聚能創(chuàng)芯微電子成立于2018年6月，為賽微電子控股子公司，該公司主營業(yè)務(wù)為GaN外延材料、器件制造以及器件設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

11月25日，據(jù)興科天使官微消息，其投資企業(yè)晶通半導(dǎo)體的“氮化鎵功率半導(dǎo)體器件與驅(qū)動芯片的研發(fā)及應(yīng)用”項(xiàng)目獲得了中國海創(chuàng)大賽智能化賽道全國第一名、全國大賽一等獎。


從消費(fèi)電子到電動汽車，氮化鎵功率半導(dǎo)體潛力無限

氮化鎵功率半導(dǎo)體從消費(fèi)電子起步，但它的未來不會止步于消費(fèi)電子市場。

隨著新能源汽車市場不斷蓬勃發(fā)展，業(yè)界看好第三代半導(dǎo)體材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，電動汽車成為氮化鎵功率半導(dǎo)體下一個潛力市場。

目前電動汽車市場較為關(guān)注碳化硅這類第三代半導(dǎo)體材料發(fā)展，業(yè)界看好碳化硅未來逐步取代替代部分IGBT、MOSFET等硅基功率半導(dǎo)體，在新能源汽車領(lǐng)域得到應(yīng)用。

氮化鎵同樣可以在電動汽車市場發(fā)揮“用武之地”。

以電動汽車?yán)m(xù)航為例，與消費(fèi)電子快充一樣，電動汽車也有著極高的快充需求?；诘壍奶厥庑阅?，引入氮化鎵技術(shù)可以大幅縮短汽車充電時間，同時車載充電器的體積和重量不會對汽車造成額外的“負(fù)擔(dān)”。

隨著電動汽車不斷普及，電動汽車產(chǎn)業(yè)“續(xù)航焦慮”的痛點(diǎn)亟待解決，氮化鎵功率半導(dǎo)體有望對此助一臂之力。

不過與消費(fèi)類芯片相比，車規(guī)級芯片對于性能指標(biāo)、使用壽命、可靠性、安全性、質(zhì)量一致性等方面有著極高的要求，這也使得氮化鎵功率半導(dǎo)體在電動汽車市場發(fā)展不如在消費(fèi)電子市場一樣迅速。

業(yè)界認(rèn)為，電動汽車的開發(fā)通常需要三到四年的時間，因此至少到2025年才會出現(xiàn)氮化鎵半導(dǎo)體在電動汽車上的部署。