隨著寬帶隙材料開始取代電力電子中的硅，氮化鎵在消費領域也逐漸站穩了腳跟。尤其是在中國，氮化鎵將在未來幾年助力電力設備市場的大幅增長。
作為第三代材料，GaN 仍在不斷創新和發展（第一款商用功率器件僅在 10 年前推出），在電力電子領域有著迷人的前景。
根據Yole預測，到2027年，功率 GaN 器件市場的價值將從 2021 年的 1.26 億美元增長到 20 億美元，預期的年復合增長率高達 59%。Yole預計，在此期間會有許多并購、大量投資。在應用方面，除了獨特的合作伙伴關系，GaN 滲透到汽車和電信/數據通信等應用中。
消費驅動 GAN，尤其是在中國
到目前為止，消費領域一直是 OEM 采用 GaN 的主要驅動力，這要歸功于材料的成本和效率優勢，而且這種趨勢預計不會放緩。Yole Intelligence 預測，功率 GaN 市場的消費應用預計將從 2021 年的 7960 萬美元增長到 2027 年的 9.647 億美元，復合年增長率為 52%。到 2027 年，消費行業將占整個行業的 48%。
由于對更快、更便宜和更環保的電子設備供電的需求，快速充電一直是推動這種采用的主要應用。
借助 GaN，智能手機制造商可以制造外殼尺寸更小且性價比更高的充電器。盡管基于 GaN 的器件的單價比硅貴，但更高的頻率和更高的功率密度值導致每瓦美元更低。比較三星的硅基和 GaN 基充電器有助于證明這一點：三星的 45W Si 快速充電器的功率密度為 0.55W/cm?；而其 45W 基于 GaN 的充電器擁有 0.76w/cm?的功率密度，占地面積縮小了近 30%。
小米、vivo、聯想、OnePlus Technology 和 Nubia 等中國 OEM 只是報告中提到的過去兩年發布快速充電器的少數幾家公司。
雖然其他地區的電子 OEM 擁有 GaN 快速充電產品，例如蘋果（美國）和三星（韓國），但在該地區卓越的制造能力和專用供應鏈的支持下，中國 OEM 的數量要多得多，這使得該地區能夠在功率 GaN 消費領域占據主導地位。自 2021 年以來，中國國內供應鏈已經能夠以自下而上的方式支持氮化鎵大批量出貨。該地區是最大的消費品市場之一，這種需求推動了集成設備制造商 (IDM) 的發展，代工廠和包裝商/OSAT。
英諾賽科（Innoscience）和三安集成電路是功率GaN生態系統中的兩個重要的中國參與者，有助于推動中國的領先地位。Innoscience是全球最大的專注于GaN技術的8英寸IDM；而三安集成電路是一家化合物半導體晶圓代工企業，為高效電源設計提供GaN代工服務。
圍繞氮化鎵消費領域，其他即將推出的應用包括音頻設備，例如 D 類音頻放大器，這在未來幾年可能會占用少量業務。然而，預計快速充電器將成為預測期內消費市場的主要驅動力。
原始設備制造商考慮大功率充電器
智能手機快速充電器的目標功率高于 75W 的新趨勢可能會在不久的將來推動智能手機 OEM 對 GaN 的采用。大多數國家超過 75W 的功率需要功率因數校正 (PFC) 電路，這需要使用更多的 GaN 含量。
目前市場上大多數基于 GaN 的充電器都在 65W 左右或以下，這是性價比的“最佳點”。但隨著對更快充電的需求持續增長，原始設備制造商正在考慮在為消費者帶來的額外好處（充電速度顯著提高以及能夠使用相同的充電器為筆記本電腦充電）與單價之間進行權衡。
目前存在數量有限的高功率設備，例如小米的 210W 快速充電器，它允許用戶在短短 9 分鐘內將其 Redmi Note 12 Discovery 的 4,300mAh 電池從空充電至充滿。對更快、功能更強大的充電器的需求是否會延續這一趨勢？
GAN 的新興應用
在消費領域 10 年后，GaN 技術日趨成熟，這也引致該材料開始滲透到工業應用中。例如，汽車和電信/數據通信行業目前的立足點很小，但預計在未來幾年將實現高速增長。
分析師預測，汽車和移動行業的氮化鎵需求將從 2021 年的 530 萬美元增長到 2027 年的 3.089 億美元，復合年增長率達到驚人的 97%。電信/數據通信將以 69% 的年增長率增長，到 2027 年將達到 6.178 億美元。
從 2024-25 年，汽車市場的主要驅動力將是電動汽車的車載充電器（AC-DC 轉換）以及 DC/DC 轉換器（電壓范圍為 48 V 至 400 V）。從長遠來看，大概到2030 年左右，OEM 將開始考慮在主逆變器 (650-800V) 中集成 GaN。
中國是汽車（尤其是電動汽車）市場中最大的市場之一，這有助于推動該地區的市場獨立于國際貿易問題。小型電動汽車將成為這里的重要應用，緊湊型城市汽車、輕便摩托車、踏板車和電動自行車使用配備 48V 和 96V 電池的小型電動機越來越受歡迎。
消費和汽車/電信行業的不同要求可以解釋為什么迄今為止對這些市場的滲透速度較慢。可靠性對汽車和電信行業非常重要，但對消費者來說就不那么重要了，消費者通常每兩年更換一次設備。此外，在較為保守的汽車和電信行業內，驗證新技術以及建立供應鏈安全所需的時間要長得多，正如碳化硅在汽車應用中所見。然而，既然這種材料的可靠性已經在一定程度上通過其在消費領域的應用得到證實，電信行業，尤其是汽車行業的原始設備制造商現在也表現出極大的興趣。
中國的“新基礎設施建設”框架可能會幫助中國實體在這些新興工業應用中更快地行動。為了進一步實現技術獨立，該政策旨在通過政府對私營部門參與的支持，發展供應鏈各個層面的內部能力。
通過這種方式，可以更快地開發應用程序，以便在支持數字基礎設施的市場中獲得“先行者”優勢——例如電動汽車、可再生能源和數據中心支持的人工智能——其中 GaN 是一項關鍵技術。
獨特的伙伴關系
過去幾年，越來越多的汽車制造商與 GaN 器件供應商合作。GaN Systems （最近被英飛凌收購）是一家專注于功率 GaN 半導體的創新型加拿大公司，它與豐田合作，最近還與寶馬合作供應基于 GaN 的功率晶體管。雷諾、邁凱輪、布加迪和 Yole Intelligence 報告中提到的其他汽車制造商也一直在悄悄地投資這項技術。
此外，德國汽車系統制造商 ZF 與以色列 GaN 公司 VisIC 合作，而意大利汽車零部件制造商 Marelli 則與 GaN 器件公司 Transphorm 合作。
汽車市場中 GaN 發展的獨特之處在于成熟的汽車公司與創新公司合作以提高 GaN 制造能力。除了 GaN Systems，VisIC 和 Transphorm 的歷史還不到 15 年。
隨著汽車制造商努力實現電氣化目標，這表明汽車制造商正在努力采用新材料。但這也可能意味著從碳化硅中吸取了教訓，碳化硅是另一種新興材料，在電動汽車的電力電子系統中發揮著重要作用。由于與意法半導體的合作，特斯拉在這方面取得了較早的領先地位，成為第一家在其 Model 3 中集成完整 SiC 功率模塊的高級汽車制造商。其他汽車制造商現在可能希望學習特斯拉早期采取的戰略使用 SiC 并確保他們不會錯過 GaN 的機會。
憑借更小、更便宜和更環保的供電承諾，GaN 在汽車、電信/數據通信和其他工業應用中的采用必將擴大。它在這些應用中如何發展，以及它與碳化硅一起發揮的作用，將值得關注。
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