原创 第三代功率半导体时代高频电源发展趋势

2020年被称为第三代功率半导体的元年，既然是元年，第三代半导体的代表GaN和SIC以迅风不及掩耳之势杀进电源市场攻城略地，逐渐占领了一个个技术高地，推动了电源事业的发展。

以SIC二极管为例，SIC二极管目前已经占领了绝对多数光伏汇流箱、光伏逆变器、充电桩电源、挖矿机以及UPS电源模块中。从应用来看，主要应用于替代传统的快恢复二极管。其主要的优势是极短时间的反向回复时间可以大规模的降低传统快恢复二极管的恢复损耗。

以SIC MOS为例，1700V/1mR的SIC MOS已经完全占领了1500V光伏平台的辅助电源市场。同样的1200V的MOS也被广泛应用于储能双向PCS和车载电驱动、这在OBC等新兴电源行业。引领着高密度电源向前发展。从应用替代性来看，SiC MOS多应用于1200V的环境下替代IGBT和 IPM模块等第一代功率半导体。

以GaN HEMT为例，GaN MOS已经被广泛应用于适配器、PD电源中。但是就目前行业应用来看，多数适配器和PD电源公司的应用均是由GaN应用方案公司主导方案推广。

从以上几种对第三代半导体的应用替代进展来看，制约第三代半导体应用的难点主要为如下几方面：

1、           成本

   不管是SIC二极管替代传统快恢复二极管、还是SIC MOS替代IGBT，更或者是GaN HEMT替代传统的SI MOS，其成本的大幅度提高无不是制约第三代半导体快速应用的巨大鸿沟。在第三代半导体材料成本的大规模降低之前，第三代功率半导体只能应用于对成本要求不高或者不敏感的行业，或者应用在新兴电源行业，占领行业制高点。推动公司品牌发展。

2、           应用技术难点

   GaN HEMT主要的优势在于高频特性，是目前唯一的可以进行MHz（南京芯干线科技有限公司(www.x-ipm.com）的XG6508B8可以实现1.5MHz的开关频率）以上开关频率的功率器件，但是由于目前模块PWM控制器开关频率的限制，工程师EMC技术经验积累的缺失，目前GaN HEMT主要应用在250KHz（该开关频率条件下ST和东微半导体的超级硅MOS同样可以实现）以内的PD电源行业。随着工程应用技术的发展，未来GaN HEMT的应用一定会在300KHz以上开关频率的电源产品上广泛应用。GaN HEMT应用也会由嘘头应用逐渐转变为性能应用，完全发挥GaN HEMT的优良特性。

    SiC功率器件衬底的高昂成本使其主要优势为高压、高温、大电流应用场景下。

3、           上游原材料供给

   目前第三代半导体的晶圆材料主要集中在国外材料厂家手里，国内可以量产的第三代半导体材料无论是价格和品质和国外相比都有不小的差距，同时由于国外技术和产品的禁运，目前国内第三代半导体的发展更是捉襟见肘。

    在SIC方面，CREE、ROHM、INFINEON三家占据市场近90%市场份额，虽然国内发展较快，布局较广，但是想要在激烈的市场竞争中分一杯羹，尚有很长的路要走。

4、           应用市场方向

在目前应用市场方向，SIC主要应用在1KW-500KW之间的应用，开关频率主要定位在10KHz到200KHz以内的场景，特别是一些对能量效率和空间尺寸要求较高的场所，例如充电桩、光伏逆变器、汽车电驱动等场所。

就目前GaN HEMT应用市场来看，国内外很多GaN HEMT的产品应用主要集中在30W--130W之间的PD电源行业，尤其是国产GaN HEMT品牌，主要产品产品应用主要集中在PD电源行业（主要包含集成控制器、非集成控制器两种方案）。GaNsystem与宝马的合作首先让GaN HEMT的应用在汽车电子方向进行破局；X-IPM（南京芯干线科技有限公司）与某国产LED户外屏厂家的240W GaN HEMT电源率先在工业电源投入试产应用。

随着第三代半导体应用技术的成熟，未来会有越来越多的高功率密度电源走入消费类与工业汽车应用现场。

5、           第三代半导体厂家

（1）SIC二极管

国际：CREE、ROHM、INFINEON、ST、ON

国内：泰科天润、基本半导体、厦门三安等

（2）SIC MOS

国际：CREE、ROHM、INFINEON、ST、ON

国内：泰科天润、基本半导体、厦门三安等

（3）GaN HEMT

国际：Navitas、GaNsytem、EPC、Transform、PI

国内：南京芯干线、英诺赛科、江苏能华、珠海稼未来等。

       不详尽之处，敬请朋友们扶正补充。