【研报】半导体行业：砷化镓本土闭环碳化硅等待“奇点时刻”-210228（23页）.pdf

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1、GaN 在 5G 宏基站射频 PA的大发展相较于 Si 和 GaAs 的前两代半导体材料，GaN 和 SiC 同属于宽禁带半导体材料，具有击穿电场强度高、饱和电子漂移速度高、热导率大、介电常数小等特点，具有低损耗和高开关频率的特点，适合于制作高频、大功率和小体积高密度集成的电子器件。GaN 的市场应用偏向微波器件领域、高频小电力领域（小于 1000V）和激光器领域。相比硅 LDMOS（横向双扩散金属氧化物半导体技术）和 GaAs 解决方案，GaN 器件能够提供更高的功率和带宽，并且GaN 芯片每年在功率密度和封装方面都会取得飞跃，能比较好的适用于大规模MIMO 技术，GaN HEMT（高电子迁

2、移率场效晶体管）已经成为 5G 宏基站功率放大器的重要技术。目前在宏基站上 GaN 主要采用使用 SiC 衬底（GaN on SiC），由于 SiC 作为衬底材料和 GaN 的晶格失配率和热失配率较小，同时热导率高，更容易生长高质量的 GaN 外延层，能满足宏基站高功率的应用。除了运用在基站，消费电子快充市场是 GaN 另外一个快速增长的领域。相较于硅基功率器件，GaN 能大大缩小手机充电器体积。消费电子级快充主要采用硅基衬底（SiC on Si）。虽然在硅衬底上难生长高质量 GaN 外延层，但是成本远低于 SiC 衬底，同时能满足手机充电等较小的功率需求。随着安卓厂商和第三方配套厂商陆续推出

3、相关产品， GaN 快充有望在消费电子领域快速普及。在光电子领域，凭借宽禁带、激发蓝光的独特性质，GaN 在高亮度 LED、激光器等应用领域具有明显的竞争优势。 SiC 有望颠覆汽车功率半导体未来与 GaN 同属于宽禁带材料的 SiC 同样具有饱和电子漂移速度高、击穿电场强度高、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强等特点，并且与 GaN 相比， SiC 热导率是 GaN 的三倍，并且能达到比 GaN 更高的崩溃电压，因此在高温和高压领域应用更具优势, 适用于 600V 甚至 1200V 以上的高温大电力领域，如新能源汽车、汽车快充充电桩、光伏和电网。来源：Infineon、国金证券研究所 电动车

4、高压化趋势明显。在乘用电动车领域，目前车辆电压普遍 300-400V 左右。随着技术的发展，车企们追求更强动力性能和快充性能的意愿更为迫切，比亚迪唐的额定电压超过 600V，保时捷 Taycan 电压平台为 800V。超级快充和功率提升促使电动汽车不断迈向高压化。 电动车碳化硅方案带来四大优势。目前电动车（不包括 48V MHEV）系统架构中涉及到功率器件的组件包括：电机驱动系统中的主逆变器、车载充电系统（OBC，On-board charger）、电源转换系统（车载 DC-DC）和非车载充电桩。电动汽车采用碳化硅解决方案可以带来四大大优势：1.可以提高开关频率降低能耗。采用全碳化硅方案逆变器开关损耗下降 80%，整车能耗降低 5%-10%；2.可以缩小动力系统整体模块尺寸，以丰田开发的碳化硅 PCU 为例，其体积仅为传统硅 PCU 的五分之一 3.在相同续航情况下，使用更小电池，减少