站在“新基建”浪潮上的第三代半导体产业 （上）(3)

需要指出的是，整个半导体射频器件的市场空间规模在百亿美元。其中GaAs器件仍然占据的绝大部分市场份额。2014 年，全球射频功放芯片（PA）市场规模为73.9 亿美元，由于GaAs PA相对Si 基CMOS PA 性能优势明显，砷化镓PA产值市场占比高达94%。受益于移动终端升级、物联网产业的持续发展，PA 市场总量预计2020 年将增至114.16 亿美元，2014 至2020年复合增长率为7.51%

数据来源：Yole, IBS

GaN射频器件的驱动因素：

需求侧，5G通信将是GaN射频器件市场的主要增长驱动因素。

供给侧，GaN on SiC、GaN on Si的技术不断成熟，让GaN功率器件有了更高的性价比，打开应用空间。

GaN功率器件

GaN功率器件，与前述GaN射频功率芯片有所区分。主要指在高电压和较大电流下工作，与高频和射频关系不大。这类最常见的应用是电源相关的芯片。

功率器件主要是金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）。不同于其他依靠电流驱动的晶体管，MOSFET是电压驱动型器件，只需在门极施加一个合适的电压，MOSFET就会导通。这一特性让MOSFET在AC/DC开关电源、变速电机、荧光灯、DC/DC转换器等设备中有着无法替代的作用。

GaN功率器件的主要应用：

消费电子：GaN由于高功率密度和良好的温度特性，用在电源上可兼顾小体积与大功率输出，此外还具有更好的开关特性。

数据中心电力系统：数据中心包含许多大功率的服务器，通常需要大电流和低电压，再加上冷却系统，用电成本高昂。将高电压转换为较低的直流电，用于通常需要多个DC-DC变换，每一个功率变换阶段，效率都会下降。如果可以使用高压器件进行转换，则可以减少电压转换的次数，从而提高整个系统的转换效率。

光伏逆变器：使用GaN功率器件，工作在超过100 kHz的开关频率下，可以大大提高系统的逆变效率。

其他领域还包括DC-DC转换器、POL转换器，以及电机驱动和D类大功率音频放大器等。

GaN功率器件的市场规模：

2017 年全球功率半导体市场规模为 327 亿美元，预计到 2022 年达到 426 亿美元。工业、汽车、无线通讯和消费电子是前四大终端市场。

GaN器件在整个功率半导体市场占比还非常小。2016年GaN功率器件市场规模约为1200万美元，预计到2022年将增长到4.6亿美元，CAGR达到79%。主要增长来自电源管理、新能源车、LiDAR、无线功率和封包追踪等应用。

随着GaN on Si技术的成熟带来成本降低，GaN功率器件的潜在市场空间将持续放大。GaN 有望在中低功率替代Si MOSFET、IGBT 等硅基功率器件。根据Yole估计，在0~900V 的低压市场，GaN 都有较大的应用潜力，这一块占据整个功率市场约68%的比重，按照整体市场400亿美元来看，GaN 功率器件的潜在市场超过270 亿美元。

数据来源：Yole, IBS

4、碳化硅 (SiC)的应用场景、市场规模及增长驱动的因素

MOSFET和IGBT是应用最为广泛的功率器件。SiC从上世纪70 年代开始研发。2001年SiC SBD 商用，2010年SiC MOSFET商用。SiC IGBT目前还在研发中。

SiC能大大降低功率转换中的开关损耗，因此具有更好的能源转换效率，更容易实现模块的小型化，更耐高温。

SiC功率器件的主要应用：

智能电网：SiC功率器件在智能电网的主要应用包括高压直流输电换流阀、柔性直流输电换流阀、灵活交流输电装置、高压直流断路器等、电力电子变压器等装置中。目前SiC器件已经在中低压配电网开始了应用。未来更高电压、更大容量、更低损耗的柔性输变电对万伏级以上的SiC功率器件有很大需求。

交通：主要用于牵引变流器、电力电子电压器等。采用SiC功率器件可以大幅度提高这些装置的功率密度和工作效率，将有助于明显减轻轨道交通的载重系统。

（编辑：ASP站长网）