半导体：跨越“抗高压和高可靠”两座大山，GaN方能大规模“上车”
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今年开始，GaN车规化获得很多企业的青睐，不仅有圈内大厂ST、英飞凌、TI将其列为重推产线，更有纳微、安世等后发新秀，纷纷借助GaN优势的性能打出一系列车用级产品，推动GaN“上车”声浪节节走高。但从在市场实际渗透方面，GaN显然还是比SiC要慢半拍。
很多公司通过GaN去尝试Jedec标准工业级尝试，但是都失败了，没有通过GaN的工业级测试。
这当中有很大一部分是材料本身的原因，以及二维电子器物理机理的这把双刃剑。
派恩杰半导体创始人 接受 记者采访时阐述说：“这个机理是不掺杂的情况下，在一个极狭窄的二维平面内，产生高导电能力。但是，这也同时引入了很多很难管理的电场尖峰，以及整个器件设计被限制在平面结构当中。它的平面能力，大电流能力会非常有限。电流不能等比例扩大，横向器件不能得到10倍的电流。”
相比之下， “碳化硅这一类的纵向器件，扩大面积可以得到10倍的电流。材料本身有衬底选择的问题，如果选择便宜的硅衬底，在外延生长就会带来很多缺陷。如果选择缺陷少的材料，比如SiC和蓝宝石衬底，在价格上就没有优势了。氮化镓只是外延，最近有一些声音说可以将GaN在衬底上生长GaN外延，并制作器件，这根本是无稽之谈。第一没有价格优势，第二做纵向电子器件，无法生成二维电子器，也就失去了性能优势。”
虽然很多公司都在极力推广GaN的价格优势，可这主要也是因为工艺制造这一块相对简单，只需要半条硅线，但从深层的角度来看，“由于二维电子器的存在，不需要做任何掺杂，不需要高温退火和氧化，只需要钝化就可以了。而里面最核心的机密，是如何生成高质量的二维电子器和高质量外延。SiC则不然，SiC需要完整的硅设备，很多前道工艺设备需要为SiC特殊改造。比如掺杂，退火，氧化都需要为碳化硅专门改造。所以说，碳化硅产线的投入比GaN投入高很多。材料的投入巨大，从金锭PVT生长，金元切磨抛，到外延MOCVD工艺无不涉及各种昂贵的设备，以及难以控制的工艺秘密。” 黄兴解释到。
针对价格和成本问题，黄兴也给出了自己的理解和预判：“GaN的主要成本在外延生长。相比起来SiC已经便宜非常多了。而且性能和成本是可以互换的。SiC的成本和性能可以让大家放心使用。综合成本已经核算了。如果说GaN想要替代SiC，先要解决可靠性的问题，才能谈替换。从现在的趋势看，车用电池电压会有逐渐升高的趋势，保时捷的泰康已经推出了800v电压系统的电动汽车，这将成为主流趋势。目前对于400v的系统来说的话，GaN只能在消费级勉强使用。如果电动汽车的电压逐渐升高，GaN的上车时间只会被越来越远。”
GaN其本身特性暂不适合在汽车市场大规模应用，消费电子依然会是主要战场。 论成本和量产供货能力，GaN的门槛要比其“前辈”SiC要有优势得多，但记者认为，最多也只能在SiC器件面临大规模缺货短期供应不上的情况下可能会小有“用武之地”。从长期发展角度来看，GaN想要大规模上车，撼动SiC在新能源汽车市场的“稳固江山”，抗高压和高可靠能力是两座难越的“大山”，GaN“车规化”还有很长一段路要走。
编辑：ZQY 最后修改时间：2022-07-19
