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发表于 2020-03-07 22:42:23 股吧网页版
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半导体投资联盟
03-07 16:16半导体投资联盟官方帐号
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集微网消息,小米俨然成了手机界的“带货王”,一场小米10系列以及部分配件产品的发布会让氮化镓充电器再次进入大众的视野。
为何说“再次”?其实氮化镓充电器并不是小米的首发,早在小米之前就有不少氮化镓的产品。2019年11月,OPPO发布的RenoAce手机便搭载了氮化镓充电器;在今年的CES上,更有超60款氮化镓产品相继推出。
小米的入局,可以说是极大地提高了氮化镓的关注度。甚至有业内人士认为,此次小米推出的氮化镓充电器,从终端客户的反馈来说,在消费类领域,预示着氮化镓的春天来了。那么,氮化镓凭借什么优势进入大众的视野?中国在氮化镓上的发展如何?
优势突出
氮化镓材料是1928年由Jonason等人合成的一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料。GaN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,此化合物结构类似纤锌矿,硬度很高。作为时下新兴的半导体工艺技术,提供超越硅的多种优势。与硅器件相比,GaN在电源转换效率和功率密度上实现了性能的飞跃。总体来说,它具有禁带宽度大、热导率高、耐高温、抗辐射、耐酸碱、高强度和高硬度等特性。
作为三代半导体材料当家花旦的氮化镓,近二十年来,由于LED照明产业的发展推动,已成为三代半导体材料中的核心材料,在光电子方向LED从无到有,快速发展,直至现在发展到千亿美元的规模,是一个新材料开发推动社会变革的典范。
应用广泛
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。
随着电子产品的屏幕越来越大,充电器的功率也随之增大,尤其是对于大功率的快充充电器,使用传统的功率开关无法改变充电器的现状。
而GaN技术可以做到,它是目前全球最快的功率开关器件,并且可以在高速开关的情况下仍保持高效率水平,能够应用于更小的元件,应用于充电器时可以有效缩小产品尺寸,比如使目前的典型45W适配器设计可以采用25W或更小的外形设计。
所以,氮化镓充电器的问世可谓吸引了全球眼球,高速高频高效让大功率USB PD充电器不再是“大块头”,小巧的体积一样可以实现大功率输出,比苹果原厂30W充电器更小更轻便。目前,几乎所有主流的手机厂商都已将USB PD快充协议纳入到了手机的充电配置,其中不乏苹果、华为、小米、三星等一线大厂品牌。
最新研报则认为,预计随着用户对便携性的需求提高,2025年全球GaN快充市场规模有望达600多亿元,同时加速GaN芯片在其他新兴领域对Si基产品的替代。而充电市场只是GaN应用的“冰山一角”。
在氮化镓的多种应用领域中,半导体照明行业发展最为迅速,已形成百亿美元的产业规模。GaN自1990年起就活跃在LED行业,是LED包括激光二极管的核心组成部分。GaN是少数能够发出蓝光的材料之一,可制作蓝光激光头。不过,现在市场上广泛使用的都是基于蓝宝石或碳化硅衬底的氮化镓LED,导致LED芯片存在非常高的缺陷密度。如果能用GaN本身作为衬底,则LED芯片的缺陷密度将降低为现在的百分之一甚至千分之一,那时候使用GaN材料的LED亮度、发光效率、寿命均远远超过节能灯。
虽然GaN在快充和照明领域的应用更广为人知,而其实,军事领域才是GaN研究的发源地——GaN最早就是在美国国防部的推动下开始的。2016年3月,爱国者导弹防御系统制造商美国雷神公司推出了基于GaN的相控阵天线系统,能够为爱国者导弹防御系统提供360无死角的雷达搜索制导能力。机载火控雷达、弹载导引头、舰载预警防空雷达等,也越来越多使用这种相控阵天线系统。目前氮化镓器件有三分之二应用于军工电子,如军事通讯、电子干扰、雷达等领域。
此外,GaN非常适合于5G通信领域。在5G的关键技术Massive MIMO中,基站要使用大型阵列天线来实现更大的无线数据流量和连接可靠性,这种架构需要大量的射频器件。射频电路中的一个关键组成是PA功率放大器,用于实现发射通道的射频信号放大。
因此,基站建设将是氮化镓市场成长的主要驱动力之一。据Yole development数据显示,2018年,基站端氮化镓射频器件市场规模不足2亿美元,预计到2023年,基站端氮化镓市场规模将超5亿美元。氮化镓射频器件市场整体将保持23%的复合增速,2023年市场规模有望达13亿美元。
GaN同样能应用在无人驾驶领域中,在大力研发和推进自动化汽车普及过程中,汽车厂商和科技企业都在寻找传感器和摄像头之间的最佳搭配组合,以期在有效控制成本且能够大批量生产的前提下,最大限度地提升对周围环境的感知和视觉能力。而氮化镓材料就很适合,氮化镓的传输速度明显更快,是目前激光雷达应用中硅元素的100甚至1000倍。这样的速度意味着拍摄照片的速度,照片的锐度以及精准度。
政策加持
氮化镓的优势明显、应用广泛,世界各国很早就启动了发展计划。其中,2002年,美国国防先进研究计划局(DARPA)启动并实施了“宽禁带半导体技术计划(WBGSTI)”,主要专注于有关GaN、SiC等半导体材料的开发项目。2005年,欧盟推出了由欧洲防卫机构资助的面向国防和商业应用的“GaN集成电路研发核心机构计划”。2002年,日本启动全面支持GaN晶圆评价和分析技术研究的“氮化镓半导体低功耗高频器件开发”计划。此外,韩国也于2000年制订了GaN开发计划。
我国的氮化镓研究稍晚,始于2013年。不过,虽然我国的氮化镓发展起步晚,但政策方面在不断加持。
2013年的“863计划”明确将第三代半导体材料及其应用列为重要内容。
2015年和2016年国家科技重大专项02专项也对第三代半导体功率器件的研制和应用进行立项。
2016年,国务院印发《“十三五”国家科技创新规划》,第三代半导体被列为国家科技创新2030重大项目“重点材料研发及应用”方向之一。
2017年,北京、江苏、山东和广东等地陆续出台促进化合物半导体发展的62项相关政策。地方政府出台“十三五规划”、“重点研发计划”、“科技创新规划”中涉及第三代半导体条款的政策有30条。
2017年,苏州公布《苏州工业园区关于推进氮化镓产业发展实施细则(试行)》,给与002255氮化镓相关企业鼓励和支持政策。
2019年2月21日,湖南省人民政府办公厅印发《加快第五代移动通信产业发展的若干政策》,其中就提到,鼓励发展氮化镓等化合物半导体。
2019年11月,北京市市经信局发布了《北京市5G产业发展白皮书(2019年)》,白皮书介绍中提到,在产业链核心器件上,则重点支持6英寸碳化硅、氮化镓芯片工艺平台项目。
2020年2月,《广东省加快半导体及集成电路产业发展的若干意见》,其中就包括大力发展氮化镓、碳化硅、氧化锌、氧化镓、氮化铝、金刚石等第三代半导体材料内容。
总体来看,国内已经形成了第三代半导体产业发展的聚集区:京津冀、长三角、珠三角、和闽三角。政策支持新兴高技术产业发展对当地经 

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