“后起之秀”氮化镓 第三代半导体的“新机遇” 市场规模将突破千亿

原创 小科 中国科技信息

比起碳化硅器件，氮化镓功率器件在同时对效率、频率、体积等综合方面有要求的场景中，还更有优势，手机快充充电器就是其中一个成功应用范例。

近几年来，越来越多的人在使用手机快充充电器的时候可能不经意间会发现氮化镓（GaN）这个专业名词。那么，它到底是什么？

氮化镓与碳化硅是第三代半导体的两大“门面”，这二者具备高频、高效、高功率、耐高压、耐高温、抗辐射能力强等优越性能。而比起碳化硅器件，氮化镓功率器件在同时对效率、频率、体积等综合方面有要求的场景中，还更有优势，手机快充充电器就是其中一个成功应用范例。

如今，我国氮化镓产业发展迅速，产业链国产化日趋完善，多家国内企业已拥有氮化镓晶圆制造能力。随着下游新应用规模爆发，以及氮化镓衬底制备技术不断取得突破，氮化镓器件有望持续放量，将成为降本增效、可持续绿色发展的关键技术之一。

未来，氮化镓也将不再局限于快充等消费电子市场，可广泛应用于通信、计算机、消费电子、汽车电子、航空航天、国防军工等传统产业领域。专家认为，由于其商业化进展快，将领跑第三代半导体市场。

参考Market and Market 、Yole等机构的增长幅度测算，预计到2026年全球氮化镓元件市场规模将增长到423亿美元，即突破千亿人民币，年均复合增长率约为13.5%。

平日里“存在感”不高氮化镓，已然成为半导体材料的“后起之秀”，也有不少人称氮化镓为未来的“王者”。今天，请和《中国科技信息》一起深入地了解它。

“后来者居上”的第三代半导体材料氮化镓

众所周知，第一代半导体材料代表是硅，主要解决数据运算、存储的问题；第二代半导体材料以砷化镓为代表，它被应用到于光纤通讯，主要解决数据传输的问题；而第三代半导体，除了碳化硅，就是近几年声名鹊起，后来者居上的“氮化镓”了。

氮化镓作为第三代半导体材料的前沿代表，与前代半导体材料相比，多项指标有显著提升。氮化镓是氮和镓的化合物，需要由人工合成，结构类似纤锌矿。

从特性上来看，作为时下新兴的半导体工艺技术，氮化镓具有超越硅的多种优势。与传统的硅材料相比，氮化镓(GaN)具有禁带宽度大、击穿电场强、导通电阻低、电子迁移率高、转换效率高、热导率高、损耗低等优点。

在早期，氮化镓广泛运用于新能源汽车、轨道交通、智能电网、半导体照明、新一代移动通信等。随着技术突破，成本逐渐得到控制，目前氮化镓还被广泛运用到消费类电子等领域，上文提到的充电器便是其中重要的一项。

随着相关技术不断取得突破，未来，氮化镓不再局限于快充等消费电子市场，可广泛应用于通信、计算机、汽车电子、航空航天、国防军工等传统产业领域。

氮化镓器件有望持续放量

第三代半导体材料凭借其优越性、实用性和战略性，被许多发达国家已经列入国家计划，进行全面部署，包括氮化镓在内的器件将成为发展主流。

氮化镓产业链一般划分为上游的材料即衬底和外延片、中游的器件和模组、下游的系统和应用。从各环节来看，欧美日企业发展较早，技术积累、专利申请数量、规模制造能力等方面均处于绝对优势。

我国在自主替代大趋势下，目前在氮化镓产业链各环节均有所涉足，在政策支持下已在技术与生产方面取得进步，产业结构相对聚焦中游，多家国内企业已拥有氮化镓晶圆制造能力。

此外，5G通讯的革命性转变重塑了射频技术产业，也为我国氮化镓器件带来重大的市场机遇。5G通讯基站是氮化镓市场主要驱动因素之一，氮化镓射频器件主要应用于无线通讯，占比到达49%。氮化镓材料耐高温、高压及承受更大电流的优势使得射频器件应用在5G基站中更加合适。随着国内5G基站覆盖率不断上升，对氮化镓射频器件需求将更大。

此前，通过性能优化、产能提升、成本控制之后，我国氮化镓在消费电子领域逐渐站稳了脚跟，成为主要驱动力。未来，随着下游新应用规模爆发，以及氮化镓衬底制备技术不断取得突破，氮化镓器件有望持续放量，将成为降本增效、可持续绿色发展的关键技术之一。

市场接受度和行业景气度不断攀升

目前，氮化镓已经拥有了足够广阔的应用空间。作为第三代半导体新技术，也是全球各国争相角逐的市场，并且市面上已经形成了多股氮化镓代表势力，氮化镓的市场接受度和行业景气度正在不断攀升，技术革新也在不断推进。

同时，随着5G通信生态、AIGC、云计算、大数据等新兴技术的快速发展，高速、高效、高能的半导体器件需求将日益增加，氮化镓器件作为重要的功率和射频器件，将具备广阔的发展前景。同时，随着新基建、新能源、新消费等领域的持续推进，氮化镓器件将在太阳能逆变器、风力发电、新能源汽车等方面得到广泛应用。

因此，伴随5G通信和消费电子业务的确定性增长、新能源赛道与数据中心的集中爆发，未来3-5年氮化镓器件将在5G通信基站、高功率电源、新能源汽车、数据中心等领域出现较快增长。

可以说，氮化镓在性能、效率、能耗、尺寸等方面较市场主流的硅功率器件均有显著数量级的提升，但其发展也面临着许多问题。一方面，氮化镓是自然界没有的物质，完全要靠人工合成。氮化镓没有液态，因此不能使用单晶硅生产工艺的直拉法拉出单晶，纯靠气体反应合成。另一方面，由于反应时间长，速度慢，反应副产物多，设备要求苛刻，技术异常复杂，产能极低，导致氮化镓单晶材料极其难得。但是目前来看，缺点在于产品成本很高，不利于大批量生产。

期待氮化镓产业快速增长的同时，要想氮化镓产能提升、成本控制并形成完全产业链，所面对的挑战也不容小觑。目前，我国多个科研团队已经开始着手攻克相关难题，期待我国凭借氮化镓等材料技术优势，早日实现第三代半导体真正自主可控。

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