Omdia 预测，随着电动汽车 (EV) 革命的到来，新型半导体将出现爆炸式增长，而功率半导体行业数十年的传统规范也将受到挑战。AI 的兴起是否会有类似的影响？

Omdia 半导体研究元件高级分析师 Callum Middleton 表示：“对于长期依赖于硅技术的行业，新材料制成的器件既能带来挑战，也能起到推动作用。氮化镓 (GaN) 和碳化硅 (SiC) 功率器件的开发始于上个世纪，但它们的技术成熟度顺应了可持续发展趋势，用新材料制造的器件为我们这个能源匮乏的世界带来显著的效率提升。”

特斯拉已于 2018 年首次采用多个 SiC 器件。该技术由此从实验室和试验设计跃升为主流。电动车市场自此开始起飞，而这些技术对充电速度和续航里程的提升大有裨益，采用这些技术的汽车制造商更与日俱增。

这一早期采用SiC的案例证实了SiC 在现实世界的效能和可靠程度。而氮化镓（GaN）在手机和笔记本电脑充电器中的应用也取得了类似的效果。随着 AI 的蓬勃发展，它将给我们的能源供应和分配系统带来额外的压力。为使行业充分享受到AI 的好处，并以可持续的方式利用AI，我们必须确保效率最大化，但这并不一定要以牺牲盈利能力为代价。在数据中心的电源中采用 SiC 或 GaN 解决方案可以显著降低能耗，同时为额外的计算能力释放空间。


功率器件的材料演进之路

硅作为最常用的半导体材料之一，占据了功率器件市场的主导地位。它的主要优点是资源丰富、工艺成熟和成本较低。然而，这一材料的电子迁移率较低，耐压和频率上限也相对有限，限制了其在某些高端应用中的使用。

碳化硅（SiC）以其宽禁带特性逐渐在高功率和高温场合受到欢迎。其高耐受电压、低导通损耗和良好的高温性能使其在许多应用中具有优势，正在逐渐蚕食硅的市场份额。但相对较高的成本则是其普及的一大障碍。

氮化镓也是一种宽带隙半导体材料，GaN优点是高电子迁移率，低导通损耗，适合高频应用。但缺点是制造工艺复杂，成本相对较高。

目前市面上主要采用上述这几种材料来制造功率器件，但与此同时，行业也正在不断探索新型材料。尤其是氧化镓和金刚石，这两种材料正在受到越来越多的关注。

氧化镓，作为一种相对较新的半导体材料，相比碳化硅、氮化镓具有更宽的禁带宽度（约 4.9eV 禁带宽度），以及具有 8MV/cm 的理论临界击穿场强。其高击穿电场和较低的损耗显示出巨大的潜力，但由于制造工艺相对不成熟，目前其应用仍处于探索阶段。未来，氧化镓有望在高压和高效的功率转换系统中找到其位置。

金刚石被认为是终极半导体，因为它在许多方面的性能优于市场上的旧材料（如硅、砷化镓）和新材料（如氮化镓和碳化硅）。与其他半导体材料相比，金刚石具有独特的优势：

极高的热导率、优异的电绝缘性能和高温稳定性：金刚石是一种在高温下稳定的材料，其电性能在超过2000°C的温度下不会恶化，远超其他半导体材料。

卓越的电气性能：金刚石的临界电场比硅高30倍，比碳化硅高3倍。与大多数半导体不同，金刚石的电阻率随温度升高而降低，这使其在高温环境中表现出色。

超高电流密度和电压：与硅相比，金刚石的电流密度高出5000倍，电压高出30倍。这使其能够在高温和辐射的恶劣环境下工作，适用于极端条件下的应用。

广泛的应用潜力：尽管制造工艺复杂且成本高昂，金刚石在高温、高压和高功率的极端环境中的潜力仍然巨大。其应用范围涵盖了电动汽车、具有20年长寿命电池的物联网、使用硬化电子元件或探测器的核能和空间应用，以及用于自动驾驶汽车的超精确量子传感器等领域。

碳化硅如日中天

氮化镓增速缓慢

碳化硅已进入全面增长阶段，汽车应用的全面采用预计将成为3年起市场快速增长的关键；氮化镓目前主要用于LED和LD等照明应用以及高频功率器件应用上具备优异特性，而现在它的问题在于大容量的大规模供应，GaN-on-GaN器件正在高速发展；与碳化硅相比，氧化镓的性能和成本更具潜力，市场玩家数量正在激增，虽然短期研究结果相继发布，但它依然是后来者，并且在掺杂和制备上具有一定问题；氮化铝受深紫外LED、照明影响获得稳固需求提升；金刚石则在快速增长，日本相关厂商正通过IPO筹集资金以提高产能，虽然它是功率半导体的终极追求，但它在掺杂上拥有不小的问题，还在研究之中。

以上研判结论不难看出，碳化硅不仅是现在增长最为迅速的，也是当下产业化阶段走得最顺畅的那一个，市场一片欣欣向荣之势，而氮化镓虽然也在增加，但整体增速并不像碳化硅那样快。

Yole在8月28日发布的报告也有着类似的趋势。

Yole报告显示，随着8英寸时代到来，受到200多亿美元的投资推动，碳化硅（SiC）功率器件市场将在2028年达到90亿美元。其中，汽车市场占比达到74%，其次则是工业、能源、运输、电信和消费，分别占比14%、8%、3%、0.3%、0.1%。

市场增长由三方面驱动：一是电动汽车（BEV）中800V电动汽车（EV）是碳化硅加速关键点；二是电动汽车直流充电（DC）与xEV（带有电动动力系统的车辆HEV与BEV）中，大功率模块化充电器会带来十亿美元的碳化硅市场；三是能源领域在2022年~2028年装机量不断攀升，价值数亿美元的市场即将形成。

GaN市场则在2028年达到20.8亿美元，消费领域本就拥有大量快充市场，2022年~2028年复合增长率保持44%；汽车和通信是GaN两大高速增长市场，汽车领域ADAS汽车LiDAR正在利用100V GaN器件，此外，在动力总成中采用氮化镓已经从可行性问题演变为时间问题，近十年来多数厂商一直专注于车载充电器（OBC）和DC/DC领域展开合作。

整体上来看，2022年，包括分立式器件和模块在内的功率半导体市场总规模可达209亿美元，预计2028年这一市场将增长到333亿美元。其中，分立式器件市场将从2022年的143亿美元，增长到2028年的185亿美元；模块市场也至2028年则会达到148亿美元。

Yole在报告中强调，他们发现一些在氮化镓方面发力的厂商放缓了研发的脚步，以待市场增长后再进一步加大投资。