Rynki półprzewodników mocy GaN i SiC przekroczą 1 mld dolarów

Omdia twierdzi, że do końca 2020 r. światowe przychody ze sprzedaży półprzewodników mocy SiC i GaN wzrosną do 854 mln USD, z zaledwie 571 mln w roku 2018. Oczekuje się, że - dzięki dwucyfrowej rocznej stopie wzrostu w ciągu następnej dekady - przychody rynkowe przekroczą 5 mld USD do 2029 r.

Jak wskazuje Omddia, te długoterminowe prognozy są o około 1 miliard USD niższe niż poprzednie szacunki. Jest tak, ponieważ popyt na prawie wszystkie rodzaje zastosowań półprzewodników mocy GaN i SiC od 2018 r. uległ zmniejszeniu. Ponadto w 2019 r. spadły średnie ceny urządzeń.

Na rynku od ponad dekady dostępne są diody SiC Schottky'ego, a w ostatnich latach pojawiły się na nim także tranzystory polowe SiC MOSFET (SiC Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors) i tranzystory polowe typu SiC JFET (Junction-gate Field-Effect Transistors ). Coraz bardziej dostępne stają się również moduły mocy SiC, w tym hybrydowe moduły zawierające diody SiC z tranzystorami bipolarnymi z izolowaną bramką Si (Si Insulated-Gate Bipolar Transistors - IGBT) oraz pełne moduły SiC zawierające MOSFET-y SiC z diodami SiC lub bez nich.

Tranzystory MOSFET SiC cieszą się dużą popularnością wśród producentów, a kilka firm już je oferuje. W 2019 r. szereg czynników spowodował spadek średnich cen, w tym wprowadzenie tranzystorów MOSFET SiC na 650, 700 i 900 V, konkurujących z superzłączowymi tranzystorami MOSFET, a także rosnąca konkurencja wśród dostawców.

- Spadające ceny ostatecznie spowodują szybsze przyjęcie technologii SiC MOSFET. Natomiast tranzystory mocy GaN i układy scalone systemu GaN pojawiły się na rynku dopiero niedawno. GaN jest materiałem oferującym w zakresie wydajności podobne korzyści jak SiC, ale o wyższym potencjale redukcji kosztów. Korzyści w zakresie ceny i wydajności są możliwe do osiągnięcia ponieważ komponenty zasilające GaN mogą być umieszczane na podłożach krzemowych lub szafirowych, które są tańsze niż SiC. Tranzystory GaN są już dostępne i przewiduje się, że sprzedaż układów scalonych systemu GaN takich firm, jak Power Integrations, Texas Instruments i Navitas Semiconductor będzie szybko wzrastać - powiedział Richard Eden, główny analityk półprzewodników mocy w Omdia.

Omdia przewiduje, że do końca 2020 r. tranzystory MOSFET SiC mają wygenerować przychód w wysokości około 320 mln USD, co odpowiada przychodom z diod Schottky'ego. Od 2021 r. sprzedaż tranzystorów MOSFET SiC ma rosnąć nieco szybciej, by stać się najlepiej sprzedającym się dyskretnym elementem zasilającym SiC. Jednocześnie JFET SiC wygenerują znacznie mniejsze przychody niż MOSFET SiC, pomimo osiągnięcia dobrej niezawodności, ceny i wydajności.

- Użytkownicy końcowi zdecydowanie wolą normalnie wyłączone tranzystory SiC MOSFET, więc elementy JFET SiC prawdopodobnie pozostaną specjalistycznymi, niszowymi produktami. Jednak przewiduje się, że sprzedaż SiC JFET wzrośnie w imponującym tempie, pomimo bardzo niewielu aktywnych dostawców - powiedział Richard Eden.

Szacuje się, że hybrydowe moduły mocy SiC, łączące Si IGBT i diody SiC, wygenerowały około 72 mln USD sprzedaży w 2019 r., a pełne moduły mocy SiC wygenerowały w 2019 r. około 50 mln USD. Przewiduje się, że do 2029 r. jednorodne moduły SiC wygenerują ponad 850 mln USD przychodów, ponieważ będą one preferowane do stosowania w przetwornicach napędowych pojazdów hybrydowych i elektrycznych. Natomiast hybrydowe moduły zasilania SiC będą stosowane głównie w falownikach fotowoltaicznych, systemach zasilania bezprzerwowego i innych zastosowaniach przemysłowych, co zapewni znacznie wolniejsze tempo wzrostu sprzedaży.

Według Omdii odnotowane są już biliony godzin doświadczeń z pracy urządzeń zasilających SiC i GaN. Dostawcy, nawet nowi uczestnicy rynku, demonstrują to, uzyskując aprobaty JEDEC i AEC-Q101. Wydaje się, że nie występują nieoczekiwane problemy z niezawodnością elementów SiC i GaN - w rzeczywistości zwykle wygląda to lepiej niż dla komponentów z krzemu.

Tranzystory MOSFET SiC i JFET SiC są stosowane przy niższych napięciach roboczych, takich jak 650, 800 i 900 V, co pozwala im konkurować z superzłączowymi tranzystorami MOSFET pod względem wydajności i ceny. Produkty końcowe z tranzystorami GaN i układami scalonymi systemu GaN są wytwarzane masowo, w szczególności zasilacze i ładowarki USB typu C do szybkiego ładowania telefonów komórkowych i notebooków.