《第三代半导体:氮化镓加速商用进程》
该文是关于氮化镓和半导体方面毕业论文题目范文与半导体方面论文范文.
今年以来,氮化镓（GaN）快充成为“网红”产品,受到小米、OPPO、魅族等手机厂商的“热捧".氮化镓在消费电子领域迅速起量的同时,其应用范围也在持续扩展,正向新基建所涉及的5G、数据中心、新能源汽车等领域渗透.新基建将如何赋能氮化镓,我国企业该如何抓住氮化镓的成长契机,利用好市场窗口?
5G可率先打开商用空间
5G对氮化镓的需求增长是非常明显的,5G基站所需的PA,为氮化镓带来了绝佳的市场机遇.
由于氮化镓具备高频率高功率密度、损耗小等优势,射频器件成为氮化镓最有前景的应用领域之一.5G时代,氮化镓将加速渗透基站所需的射频功率放大器（PA）.
集邦咨询指出,由于硅材料存在高频损耗、噪声大和低输出功率密度等特点,RFCMOS已经不能满足要求.GaN材料凭借高频、高输出功率的优势,将逐步替代SiLDMOS,大幅运用于PA.市场研究机构Yole在报告中指出,5G商用宏基站以64通道的大规模阵列天线为主,单基站PA需求达到192个.2019年全球GaN射频器件市场规模达到5.27亿美元,预计2023年将达到13.24亿美元.
“5G对氮化镓的需求增长是非常明显的,5G基站所需的PA,为氮化镓带来了绝佳的市场机遇.随着硅的性能开发逼近极限,氮化镓替代硅切入更大带宽、更高频率的工作场景,使氮化镓的优势能充分发挥出来,这是一个技术换代带来的市场机会.”苏州能讯高能半导体有限公司董事总经理任勉向《中国电子报》记者表示.
今年3月,在《关于推动5G加快发展的通知》中指出,将适时发布部分5G毫米波频段频率使用规划.任勉表示,毫米波基站对射频功率器件的需求,比当前的宏基站市场更为可观,将为氮化镓带来更加庞大的市场增量.
当前,我国企业已经在5G氮化镓射频功率器件有所布局.苏州能讯高能半导体已建成4英寸氮化镓芯片产线,产能达到25000片4英寸氮化镓晶圆,以迎接5G无线通信对氮化镓射频芯片的市场需求.海特高新在5G宏基站的射频GaN已实现突破,在流片工艺上,已可实现代工制造.英诺赛科、赛微电子等企业也在积极开展相关布局.
高效率特性赋能数据中心
在数据中心等高能耗的使用场景下,氮化镓凭借高效率的优势,将带来显著的节能效果.
在电力电子领域,氮化镓充电器的市场热度不减.除了追求高频率、小体积的快充市场,氮化镓在数据中心服务器电源、高端工业配电系统电源等领域也有着应用潜能.
对于数据中心,服务器运行所需的电能往往占据运营成本的“大头”,如何提升能效比成为现代数据中心的关键课题.任勉指出,相对快充等体积敏感的应用领域,服务器电源将更好地发挥氮化镓高效率、低功耗的优势.
“氮化镓最大的特点是功率转化效率高.尤其在数据中心等高能耗的使用场景下,氮化镓凭借高效率的优势,将带来显著的节能效果.”任勉说.
根据数据中心运营商GaNSystems测算,GaN器件用于从AC（交流电）到DC（直流电）的电源转换,以及转换负载的DC电源,可以将整体效率从使用硅器件的77%提高到84%,使数据中心的功率密度增加25%以上,并将单个机架的电力成本降低2300美元以上.
新能源汽车应用进入研发期
目前氮化镓在车规领域的应用还处于初级阶段,但未来几年将呈现递进式的增长.
在车规级市场,同为第三代半导体的碳化硅已经实现应用,但氮化镓还处于研发阶段.
目前,用于新能源汽车的功率器件主要有三个领域：一是电机控制器,用于驱动及控制系统;二是OBC（车载充电器）,将交流电转化为可以被新能源汽车动力电池使用的直流电;三是DC一DC直流轉换器,将动力电池的直流电转换为低压直流电,给仪表盘、显示屏、监控系统等车载设备供电.专家表示,以当前的技术水平来看,氮化镓用于DC一DC直流转换器这个细分领域有着较为明显的优势.
安世半导体MOS业务集团大中华区总监李东岳向《中国电子报》记者表示,电动汽车对高效率、高功率密度有着严苛的要求.通过节约零组件对车内空间的占用,让乘坐空间更加舒适.针对高功率密度、强续航能力等需求,目前的硅功率半导体材料器件已经发展到瓶颈期.氮化镓器件的开关速度比硅MOET快很多,在高效率和高功率密度方面更能符合电动汽车的需求.
当前,头部厂商对车规氮化镓多处于研发阶段.安世半导体正在研发用于高压DC-DC直流转换器、OBC等车用氮化镓产品;意法半导体看好氮化镓在OBC及48V直流转换器的潜力,并于今年宣布与台积电合作,共同推进氨化镓在汽车电气化领域的应用;纳微半导体在去年路演中表示,其GaNFET相关产品和技术可用于电动汽车和混合动力车的OBC和DC一DC转换器,可以降低能量损耗并提升开关速度,使车辆实现更快的速度和更长的里程.
“车规功率器件的认证,从ASample到BSample到CSample,不管是可靠性还是方案的成熟度,都需要一定的验证时间.目前氮化镓在车规领域的应用还处于初级阶段,但未来几年预计会呈现递进式的增长.”李东岳说.
GaN应用多项挑战待解
市场窗口往往稍纵即逝,一旦市场格局成形,企业再想进入并获得市场主动权,就会比较困难.
虽然氮化镓在多个新基建领域具备应用前景,但其仍处于发展初期,在技术开发、产品验证、市场渗透等方面,还有待进一步催熟和突破.
任勉指出,在5G射频领域,射频的技术壁垒比电力电子高得多.电力电子工艺主要涉及材料、器件设计、前道工艺和后道封测.但射频器件多了一个电磁波的技术维度,涉及射频电路、射频功放以及微波电子等,技术门槛更高.
在车用领域,李东岳表示,主要存在四方面的挑战：一是车用领域的功率要求波动较大,需要在所有工况下,保持器件参数的长期稳定;二是车规功率器件长期处于高振动、高湿度、高温度的工作环境,要求器件在应对热应力和机械应力的过程中有着极高的可靠性;三是车在装备的过程中,在体积重量和制造成本上都有严格的要求,功率器件必须契合汽车装备本身的需要;四是车规器件需要做到15年到20年的使用寿命,技术门槛很高.
对于我国企业该如何利用好5G等新基建领域为氮化镓带来市场机遇,集邦咨询分析师王尊民表示,在5G基站及数据中心服务器等使用场景,相关技术仍受国际大厂控制,因此我国厂商在其中参与的机会比较少.
“目前,我国厂商若要紧随新基建的发展趋势,首先要强化自身的制造与技术研发能力,例如RF通讯、电力传输的制造实力,才会逐步在相关应用领域站稳脚跟.”王尊民说.
任勉指出,面向5G等领域的需求,我国氮化镓相关企业要提前三到五年布局,进行五年左右的技术积累和三年左右的产能建设.
‘市场窗口往往稍纵即逝,一旦市场格局成形,企业再想进人并获得市场主动权,就会比较困难.要提前准备技术、产能、人才,提升布局效率,抓紧时间切人.”任勉说.
本文汇总，这篇文章为关于半导体方面的氮化镓和半导体论文题目、论文提纲、氮化镓和半导体论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文.
氮化镓和半导体引用文献:
[1] 氮化镓和半导体论文范文 氮化镓和半导体类有关毕业论文题目范文2500字
[2] 氮化镓和瘦身论文范文集 氮化镓和瘦身研究生毕业论文范文3000字
[3] 氮化镓和小米硕士学位毕业论文范文 氮化镓和小米方面有关专升本毕业论文范文2万字
