在過去的幾十年里，碳化硅和氮化鎵技術的進步的特點是不斷發展、行業接受度不斷提高以及有望帶來數十億美元的收入。第一個商用 SiC 器件于 2001 年問世，是德國英飛凌公司生產的肖特基二極管。隨后出現快速發展，預計到 2026 年該行業的產值將超過 40 億美元。

2010 年，當美國 EPC 推出其超快速開關晶體管時，GaN 首次令業界驚嘆。市場采用率尚未與 SiC 相媲美，但到 2026 年，功率 GaN 收入可能會達到 10 億美元。

每種技術未來市場成功的秘訣在于電動和混合動力電動汽車。對于 SiC 而言，EV/HEV 市場確實是最佳選擇——預計超過 25 億美元的市場中至少 60% 將來自該領域。

Tesla 于 2017 年啟動了 SiC 功率器件市場，成為第一家在 Model 3 中添加 SiC MOSFET 的汽車制造商。該器件源自意法半導體，與內部主逆變器設計集成。其他汽車制造商也迅速跟進，包括現代、比亞迪、蔚來、通用汽車等。

中國吉利汽車與日本 ROHM 合作為其電動汽車開發基于 SiC 的牽引逆變器。蔚來汽車將在其車輛中采用基于碳化硅的電力驅動系統。與此同時，汽車制造商和半導體制造商比亞迪一直在為其全系列電動汽車開發 SiC 模塊。

去年，中國電動客車制造商宇通透露，將在客車動力總成中使用StarPower中國制造的SiC功率模塊。這些模塊使用 Wolfspeed 的 SiC 器件。

現代汽車將把英飛凌基于 SiC 的 800V 電池平臺功率模塊集成到電動汽車中。在日本，豐田在其 Mirai 燃料電池電動汽車中使用 Denso 的 SiC 升壓電源模塊。與此同時，通用汽車與 Wolfspeed 簽約，為其電動汽車電力電子設備供應 SiC。

歐洲汽車制造商采用 SiC 的速度較慢，但變化正在發生。 6月，雷諾和意法半導體聯手開發用于電動汽車和混合動力汽車的碳化硅和氮化鎵器件。

對于 Wolfspeed、英飛凌、意法半導體、ROHM 和 Onsemi 來說，汽車 OEM 廠商也更愿意從多個來源購買晶圓和器件，以確保可靠的供應。考慮到中國和其他國家正在向碳化硅供應鏈投入巨額資金，銷量只會繼續上升。

在此過程中，棘手的成本問題也正在得到解決。在元件層面，硅 IGBT 比 SiC 同類產品便宜得多，并且不會很快從電力應用中消失。但一級制造商和原始設備制造商表示，將高功率密度碳化硅應用到逆變器設計中，可以降低系統級成本，因為需要更少的組件，從而節省了空間和重量。

但 GaN 又將何去何從呢？這種寬帶隙半導體尚未見證 SiC 在電動汽車領域的成功。但由于其高頻操作和效率，原始設備制造商要么對這項技術抱有濃厚的興趣，大部分有進行開發計劃。

更早之前GaN早有應用

GaN 功率器件已應用于小批量、高端光伏逆變器中，并且越來越多地用于包括智能手機在內的一系列移動設備的快速充電器。事實上，愛爾蘭的Navitas、美國的Power Integrations和中國的Innoscience都在為蓬勃發展的快速充電器市場生產GaN功率IC。

鑒于這一活動，預計 2021 年 GaN 功率器件收入將達到 1 億美元左右。但隨著 GaN 器件供應商尋求進入其他市場以提高銷量，這一數字預計到 2026 年將增至 10 億美元。EV/HEV市場是最先關注的。

GaN 在電動汽車中的應用還處于早期階段。許多功率 GaN 廠商已開發出用于 EV/HEV 車載充電器和 DC/DC 轉換的 650V GaN 器件并獲得汽車認證，并已與汽車企業建立了無數合作伙伴關系。

例如，加拿大的 GaN Systems 向美國電動汽車初創公司 Canoo 提供車載充電器設備，并與加拿大電動汽車電機驅動供應商 FTEX 合作，將 650V GaN 功率器件集成到電動滑板車系統中。與此同時，總部位于加州的 Transphorm 與汽車供應商 Marelli 合作，提供車載充電和 DC/DC 轉換設備。

意法半導體預計將向雷諾供應其尚未通過汽車認證的器件，用于電動汽車應用。 EPC 目前提供汽車級低壓 GaN 器件，并與法國 Brightloop 合作，為非公路用車和商用車開發經濟實惠的電源轉換器。去年，德州儀器 (TI) 還對其 650V GaN 器件進行了汽車應用認證。

但隨著車載充電器和 DC/DC 細分市場的發展勢頭強勁，對于 GaN 來說，應該關注的價值數十億美元的問題是：該技術是否會成為電動汽車動力系統的主要逆變器，并獲得與 SiC 技術相當的驚人高產量？

早期的行業發展表明這是可能的

2020年2月，荷蘭Nexperia與英國顧問Ricardo合作開發基于GaN的電動汽車逆變器設計。該消息發布后，以色列 VisIC Technologies 迅速與德國汽車供應商采埃孚 (ZF) 合作開發用于 400V 傳動系統應用的 GaN 半導體。

隨后，9 月，GaN Systems 與寶馬簽署了一項價值 1 億美元的協議，為這家德國汽車制造商的電動汽車提供制造 GaN 功率器件的能力，這有力地證明了 OEM 廠商對 GaN 的重視。

另一項真正重大的進展是，Navitas 將通過與特殊目的收購公司 Live Oak Acquisition 合并，成為一家市值達 10.4 億美元的上市公司。這家 GaN 功率 IC 廠商最近宣布將向瑞士 Brusa HyPower 供應車載充電器和 DC/DC 轉換器器件。作為一家上市公司，它打算重點支持電動汽車/混合動力汽車和其他市場的產品開發。

除了這些交易、合作和合并之外，GaN 模塊的早期工作也表明化合物半導體正在追隨 SiC 的腳步，行業參與者正在為更廣泛的行業整合做好準備。例如，GaN Systems 正在為設計工程師提供電源評估模塊套件，而 Transphorm 一直與富士通通用電子公司合作開發針對工業和汽車應用的 GaN 模塊。

那么，SiC 和 GaN 的下一步是什么？隨著功率 SiC 器件制造商預計電動汽車市場將達到數十億美元，GaN 會取得同樣的成功嗎？在電動汽車傳動系統逆變器中廣泛采用 GaN 那會是 GaN 打入市場的機會點，但未來如何，我們目前只能拭目以待。

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