氮化鎵迎來爆發式增長，應用場景逐漸由消費電子向更多新興市場拓展

為此，自上世紀90年代起，一些全球領先的科研機構就開始著手氮化鎵材料的研究，并致力于實現其產品的商業化。在2018年左右，氮化鎵被引入消費電子快充領域，“秒充”、“閃充”等技術相繼涌現，憑借大功率、小體積、充電快、散熱快等明顯優勢，氮化鎵產品迅速引爆市場。

目前，據不完全統計，市場上已有數十家主流電源廠家推出了數百款氮化鎵快充產品，其功率已從過去的30W向65W、100W、200W、300W+突破，并已經成為小米、OPPO、vivo、榮耀、聯想等各大知名品牌廠商的核心賣點之一。

羅姆半導體（上海）有限公司技術中心副總經理周勁表示：和SiC一樣，GaN是一種用于功率器件時存在巨大潛力的材料，在禁帶寬度、擊穿場強、電子飽和速度等方面擁有明顯的優勢，特別是在高頻率工作、高速開關的狀態下，GaN能夠做到比硅甚至碳化硅都有更好的表現，有望為消費電子快充、車載OBC、數據中心電源、分布式電源等各種電源的低功耗、小型化以及外圍器件的小型化做出貢獻。

氮化鎵的主要技術特征及優勢

資料來源：羅姆

隨著技術的不斷發展，近年來氮化鎵材料在成熟度不斷提高的同時，成本也在進一步下降。在消費電子領域快速普及的帶動下，氮化鎵作為一種創新型的半導體材料在數據中心、5G基站、汽車電子、新能源等更為廣闊的市場上滲透率也在不斷提高。

市場規模方面，根據Yole的數據，2021年氮化鎵功率器件市場收入為1.26億美元，預計2027年將達到20億美元，2021-2027 年復合年增長率為59%。到目前為止，消費領域一直是 GaN市場增長的主要驅動力，在2021年市場規模為0.796億美元，占比約為63%。不過，據Yole預測，隨著其他應用領域滲透率的提高，預計消費領域的占比到 2027 年將逐漸下降到48%。

資料來源：Yole

而從競爭格局來看，根據TrendForce的數據，全球GaN功率半導體主要玩家有PI 、Navitas、英諾賽科、EPC、GaN Systems等，其中PI 、Navitas、英諾賽科3家公司市占率已達53%；在出貨量上，目前英諾賽科氮化鎵芯片出貨已突破1.7億顆，其中 2023年Q1出貨量突破了5000萬顆，銷售額達1.5億，是去年同期的4倍。而納微半導體出貨也已經超7500萬顆，其產品已被安克、倍思、百思買、聯想、小米、綠聯、vivo等知名品牌的眾多大功率快充產品采用。

在談及當前氮化鎵行業的發展現狀時，周勁指出：快充是氮化鎵快速產業化的第一突破口和當前主流廠商的主要應用場景。在2020年之后，隨著5G和PD適配器的普及，市場對小體積、高性價比的氮化鎵需求進一步增加，在巨大的機遇面前老牌的半導體公司也都開始在氮化鎵領域發力。今后隨著氮化鎵方案越來越成熟以及數據中心、基站電源、電動汽車以及工業系統應用的增加，預計未來5年左右氮化鎵仍然會保持比較高的增速。

雖然氮化鎵的市場前景一片大好，但作為一種新型材料，與Si MOSFET相比，氮化鎵的使用通常會面臨兩個問題：第一個是驅動電壓（Vth）比較低，通常是1.5V~1.8V左右，有噪音的時候會誤開啟，不一定壞，但是會導致損耗比較高；第二個就是柵極耐壓比較低，通常氮化鎵器件的標定是5V的驅動電壓，4.5V以下可以導通但不徹底，到了6V以上則面臨柵極損壞的風險。因此，在這種情況下，氮化鎵的柵極處理起來很難，必須與專門的驅動電路或者驅動器配合使用，但是這樣外置元器件數量就會增多，而且還需要考慮寄生分量的影響。

使用GaN器件時面臨的問題

資料來源：羅姆

羅姆Power Stage IC成功解決業內難題，可減少器件約99%的體積/降低約55%的功耗

針對上述痛點，羅姆結合所擅長的功率電子和模擬兩種核心技術優勢，開發出集功率半導體——GaN HEMT和模擬半導體——柵極驅動器于一體的Power Stage IC。該產品的問世使得被稱為“下一代功率半導體”的GaN器件不僅輕輕松松即可實現安裝，而且由于其設計適用于現有的主要控制器，可以用來取代傳統的Si MOSFET功率開關，以助于更加充分地發揮氮化鎵器件的性能。

羅姆Power Stage IC成功解決業內難題

資料來源：羅姆

周勁指出：羅姆此次推出的集650V GaN HEMT和柵極驅動用驅動器等于一體的Power Stage IC‘BM3G0xxMUV-LB’系列新品，按照導通電阻的不同，又可以分為BM3G015MUV-LB（150毫歐）、BM3G007MUV-LB（70毫歐）兩款產品。新產品支持更寬的驅動電壓范圍（2.5V～30V），而且傳輸延遲短(Typ.11ns~15ns)、啟動時間快(Typ.15us)，有助于減少服務器和AC適配器等的損耗和體積。此外，公司還備有三款評估板，一款是BM3G007MUV-EVK-002，用來評估芯片的整體方案性能。另外兩款BM3G007MUV-EVK-003和BM3G015MUV-EVK-003，可移植到客戶現有方案進行測試。

BM3G0xxMUV-LB系列產品的主要技術特征

資料來源：羅姆

具體來看，BM3G0xxMUV-LB系列產品主要有三大亮點：（1）可進一步降低功耗。在導通損耗影響不大的情況下，該系列產品相比Si MOSFET損耗可減少55%。相比普通產品，仍然可以做到減少約20%的程度；（2）應用產品可進一步小型化。元器件數量上，普通產品是9個相關元器件，而羅姆的新產品使得驅動方式進一步簡化，外置Power Stage相關元器件只需1個，因此可讓器件體積減少約99%；（3）支持各種一次側電源電路。由于該芯片驅動的范圍寬、啟動及延遲時間短，整個環路等的設計會比較容易，可以應用在AC適配器為代表的消費電子、服務器為代表的工業設備等各種各樣的AC-DC電路中。

羅姆新品可減少器件約99%的體積/降低約55%的功耗

資料來源：羅姆

除了新發布的BM3G0xxMUV-LB系列產品外，在氮化鎵領域，其實羅姆已布局多時。

據周勁介紹，羅姆的氮化鎵產品以EcoGaN?命名。早在2006年，公司就已經開始了氮化鎵相關產品的研發。經過不斷努力，在2021年，公司推出了150V耐壓的GaN HEMT產品，成功地將柵極耐壓 (額定柵極-源極電壓)提高到了業界領先的8V，成為基站、數據中心、物聯網通信設備等工業設備的電源電路的理想選擇；在2023年4月，公司又量產了第一代650V耐壓的GaN HEMT*1（GNP1070TC-Z、GNP1150TCA-Z）系列產品，與傳統的GaN器件相比，它大幅降低了開關損耗，進一步提高電源系統的效率，并且讓產品的可靠性也得到了更大程度的提高，非常適用于在服務器和AC適配器等各種電源系統中使用。

展望未來，周勁表示：羅姆的Power Stage IC的下一代機型，準偕振AC-DC+GaN的器件預計在2024年Q1量產，而半橋+GaN的器件預計在2024年Q2量產。今后，羅姆不僅注重提高GaN HEMT單體的性能，還將不斷改進驅動技術和控制技術，讓GaN器件在各種應用中進一步普及。當然，除了元器件的開發外，未來公司還將致力于與業內相關企業積極建立戰略合作伙伴關系并推動聯合開發，通過助力應用產品的效率提升和小型化，持續為解決社會問題貢獻力量。