[新聞] 高壓GaN元件正往電動車變頻器市場前進，

[ynlin1996 (.)]

原文標題：

高壓GaN元件正往電動車變頻器市場前進，給SiC帶來壓力

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https://bit.ly/3M4Wy5Z

發布時間：

2023.3.30

記者署名：

茋郁

原文內容：

20年來，Si IGBT在中高功率元件領域佔據主導地位，包括在電動車功率電子領域，但現今正在讓位於新一代寬能隙（WBG）材料：SiC和GaN。這將從根本上影響封裝材料在內的新型功率元件的設計，因為在更高溫度下工作的環境下，更小、更高功率密度的模組將出現。

在電動車功率電子中，SiC正成為首選材料，而GaN通常被包裝用於電信或光電子應用。在某種程度上，這是因為SiC具有最大的導熱性，這自然適合電動車典型的高溫、功率和電壓操作。然而，GaN仍然可以實現比矽的還要高兩倍導熱率，並且幾乎在其他指標上（從電子遷移率和效率到擊穿電壓）也都優於SiC。

問題在於GaN的實際操作比其理論極限低了兩個數量級。GaN的商業化目前也受到其低功率/低電壓操作的限制，這是技術不成熟的結果，未來其在電動車中的採用快慢將取決於何時能夠獲得改善。此外，散裝GaN的成本也令人望之卻步，但隨著第一批600V GaN變頻器的出現，GaN-on-Si將開始被採用。

阻礙GaN元件進入EV市場的關鍵是材料的生產品質，這取決於磊晶基板是GaN、SiC或是Si。由於材料退化的主要來源是磊晶成長和基材之間的不匹配，因此理想的情況是同質磊晶或GaN塊材（GaN-on-GaN）。

GaN塊材為 94kV，SiC為45kV。而目前量產的GaN-on-Si，由於失配性的問題，約為1kV，與矽塊材相當。從實際元件的阻斷電壓來看，證明了矽基板對性能的衝擊效應。

與新興技術的情況一樣，GaN-on-GaN的採用受到高成本的限制。GaN塊材僅適用於小晶圓尺寸，其成本是GaN的1000倍左右。下一個最佳選擇是 GaN-on-SiC，因為其失配性較低，但同樣具有大約兩個數量級的成本。因此，要將GaN用於高壓應用，例如：EV變頻器，需要改善GaN-on-Si之間的失配性或實現GaN塊材的低成本生產。 在此之前，SiC仍將是高壓WBG應用的主要選擇。

然而，機會正在出現，IDTechEx預測車載充電器和DC-to-DC轉換器將成為第一個GaN市場切入點。這是因為車載充電器和轉換器以更低的功率運行，而 WBG材料的效率優勢明顯推動了更快的交流充電或低壓電池的內部充電。

此外，隨著新的合作夥伴關係的形成，高壓GaN在2022年取得了令人振奮的進展。 總部位於以色列的VisIC Technologies與Hofer Powertrain合作，將在800V EV 變頻器設計中使用VisIC的650V GaN晶片。這將是GaN 技術應用於高壓變頻器的首批案例之一。鑑於汽車採用周期通常約為四年，電動車市場採用高壓GaN 的大門正在打開，將為該產業帶來巨大的新成長機會。

心得/評論：

這幾年產業對於碳化矽（SiC）的追求，起源於特斯拉在其電動車中採用SiC晶片所致，然而特斯拉在2023年投資者日表示將大幅減少其下一代汽車動力系統中使用SiC電晶體的使用。IDTechEx則預測GaN市場切入點為車載充電器和DC-to-DC轉換器。

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推 fall781254  : 漢磊含淚表示
推 kikinini    : 茂矽要噴
推 asiguo      : 成本要贏就要用GaN on Si，但同時品質要好解決缺陷
→ asiguo      : ，磊晶就要用MBE慢慢長惹
推 FreedomTrail: 好奇目前台廠跟英飛凌、Navitas差距有多少？誰能搶
→ FreedomTrail: 到大餅？
→ asiguo      : 當然是台積能搶到 其他台廠沒一個能打的
→ MIT5566     : 量那麼少 搶個鳥蛋啊
→ MIT5566     : 第三代半導體都吹幾年了
→ OAKIE       : 直接買NVTS不就好了
推 totqoq      : 我好奇這篇談的技術跟台積有什麼關係？理盲可以餵狗
→ totqoq      : 嗎
→ asiguo      : 台積才是GaN製程的代工王者 特別是高階的產品 STM
→ asiguo      :  Navitas都是找台積合作 只是目前量相對矽製程而言
→ asiguo      : 太小了基本無感 其他台廠嘛…都在打醬油
→ asiguo      : 但磊晶的話 台灣上市公司還是有一些能打的
推 yugi2567    : 世界先進世界爛
→ yugi2567    : GaN QST
推 cyc800715   : 看穩懋有沒有搞頭以前研究所提目也是GaN
推 c928        : IGNT下週出貨
推 warren26    : GaN的利潤在於股票市場。
推 SRT0619     : https://i.imgur.com/d650949.jpg
→ SRT0619     : Wolfspeed 成也特斯拉敗也特斯拉
推 aa6300158   : 印象中GaN貴到靠北  SiC都用不起了還要用GaN嗎==
→ tayuplay    : 法規都過不了 要騙人上車囉^_^
推 SA01        : 台廠跟英飛凌比？XX比雞腿？
→ SA01        : 提茂矽也蠻有趣的..
推 CSLsong     : O.O
推 EDhsiao     : 嘉晶表示
推 wahaha99    : 順便借這篇問一下 GaN能做邏輯元件嗎?是物理限制
→ wahaha99    : 還是技術不成熟?
→ haveseed    : 成本限制吧XD
→ ptta        : 何不食肉糜
推 work2dog    : mbe磊晶就iqe跟iet這兩家
推 poru        : 講白了！sic還是最優，只是礙於成本，其實sic族群
→ poru        : 根本是標準軍工股，只是大家都把他們根電動車掛一
→ poru        : 起
→ photow      : 用mbe cost跟效率要怎麼跟SiC拼，power元件用cvd長
→ photow      : 磊晶。
推 UMass1982   : TI 也出GaN了…台廠QQ
推 d123xxx     : 600V還沒辦法用在powertrain上吧
推 IanLi       : 推文有些專業內容，幫推