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回首2023，碳化硅和氮化鎵行業(yè)取得了哪些進步？出現了哪些變化？2024將迎來哪些新機遇和新挑戰(zhàn)？為更好地解讀產業(yè)格局，探索未來的前進方向，行家說三代半、行家極光獎聯合策劃了《行家瞭望——2024，火力全開》專題報道。
本期嘉賓是芯生代董事長/首席科學家 鐘蓉?。
鐘董在訪談中分享了很多干貨：
● 芯生代擁有獨特的零缺陷薄膜制備技術，可顯著提高GaN外延層各層薄膜生長的質量。
●?5?厚度的6英寸GaN-on-Si外延片，垂直擊穿電壓超過800V、器件的電流密度超過100mA/mm、漏電流控制到了10nA以下，成功實現了進口替代。
●?芯生代在降本增效取得了長足發(fā)展，通過技術提供得以將產品成本降低70%。
●?大功率是GaN的優(yōu)勢和重點，芯生代全力開拓數據、光儲充、電動汽車等市場。
更多訪談內容請往下看，另外，接下來還將有更多的領軍企業(yè)參與《行家瞭望》，敬請期待。
專注研發(fā)高電壓、大電流GaN外延，擁有獨特制備技術 良品率達99%以上
行家說三代半：過去一年，貴公司主要做了哪些關鍵性工作？
鐘蓉：芯生代作為氮化鎵領域的新進公司，自公司成立以來始終以實現“核心技術突破”和“產業(yè)戰(zhàn)略引領”為使命，向客戶提供品質一流、可靠性優(yōu)異的GaN-on-Si外延片，推動GaN產品早日走入千家萬戶，創(chuàng)造第三代半導體行業(yè)的“芯生代”。
在過去的一年，芯生代以研發(fā)高電壓、大電流的硅襯底氮化鎵器件用外延片為目標，在2023年6月完成6英寸GaN HEMT D-mode外延產品的研發(fā)。經過流片驗證，不僅能夠滿足800V高壓平臺的性能要求，而且器件的電流密度超過100mA/mm，其他各項性能指標參數均超過市售產品并達到國際領先水平，成為國內極少數能夠真正獨立研發(fā)氮化鎵高電壓外延的團隊。與此同時，公司與多家下游廠商達成合作，將于2024年實現產品的批量交付。
行家說三代半：2023 年貴公司取得了哪些成績？你們實現增長的戰(zhàn)略是什么？
鐘蓉：作為一家成立不久的初創(chuàng)企業(yè)，芯生代在過去一年里將技術研發(fā)作為工作的重中之重，在氮化鎵外延領域做到了：
●?利用獨有的零缺陷薄膜制備技術，顯著提高了外延層各層薄膜生長的質量，并通過自主研發(fā)的高電壓控制技術，實現了氮化鎵850V系列外延片的高電壓、高穩(wěn)定性和高開關特性，意味著氮化鎵器件在800伏電驅或其他高壓應用上將發(fā)揮重要作用。
圖1 5?GaN-on-Si外延片的垂直擊穿電壓為850V，漏電流小于10nA
●?利用獨有的厚度零缺陷薄膜制備技術，顯著提高了外延層各層薄膜生長的質量，并通過自主研發(fā)的高電流控制技術，實現了氮化鎵外延片的高工作電流、低漏電流和高閾值電壓，意味著氮化鎵器件將成為低電壓工作場景下解決大功率的重要甚至是唯一手段，與碳化硅器件、傳統(tǒng)硅器件進行組合使用，將實現全面覆蓋大功率器件的應用，充分發(fā)揮第三代半導體的優(yōu)勢特性。
圖2 GaN-on-Si功率器件的電流密度超過100mA/mm
●?制備出的6英寸GaN-on-Si外延片鏡面效果優(yōu)異，覆蓋率達100%，良品率99%以上，半峰寬穩(wěn)定在450-550arcsec，電壓可以達到850V以上，電流密度高達100mA/mm，成功實現了進口替代。
●?由于新的方法在成本控制方面有顯著的優(yōu)勢，該成果還能將制備成本降低到原來的30%，進一步拓展了氮化鎵器件在工業(yè)領域的應用。
應用市場、技術、產業(yè)鏈均獲突破，芯生代外延技術已達國際領先水平
行家說三代半：您認為 2023 年整個行業(yè)取得了哪些新的進步（包括市場、技術等）？
鐘蓉：（1） 市場應用領域的擴大
氮化鎵作為一種寬禁帶半導體材料，具有高頻率、高效率、高功率等優(yōu)點，因此在5G通信、衛(wèi)星通信、電動汽車、高鐵、航空航天等領域有著廣泛的應用前景。隨著技術的不斷進步和應用市場的不斷擴大，氮化鎵的應用領域也在不斷擴展，為整個行業(yè)的發(fā)展帶來了更多的機遇。
一些下游頭部企業(yè)已經率先立項，計劃使用GaN替代原有器件，并愿意去探索新的應用場景，這對今后整個第三代半導體行業(yè)的發(fā)展都是強有力的支撐。由上游供應商強力推行先進技術迫使下游客戶適應改變這樣的游戲規(guī)則，比較適用于像蘋果、Meta、微軟這樣的超級供應商versus小微客戶，而并不適用于第三代半導體供應商versus下游超級客戶，之前GaN的商業(yè)推進總是以后者這種商業(yè)模式進行產業(yè)推進，導致整個行業(yè)舉步維艱，甚至很多上游企業(yè)不得不經歷長期的行業(yè)低谷。由重量級下游客戶先找到市場，才能保證中上游供應商研發(fā)投入能夠產生良好的商業(yè)回報，這也是行業(yè)即將進入良性發(fā)展的重要信號。
（2）技術創(chuàng)新和突破
在GaN的研究和開發(fā)方面，2023年也取得了不少技術創(chuàng)新和突破。例如，GaN單晶襯底在不斷優(yōu)化和提高質量的同時，其制備成本也在逐步降低，這為GaN的大規(guī)模生產和應用提供了更好的條件。此外，GaN器件的效率和可靠性也在不斷提高，為GaN在各領域的應用提供了更好的保障。
對于GaN-on-Si外延片技術而言，我認為芯生代做出的技術創(chuàng)新和突破是非常重要的，例如5?厚度做到了垂直擊穿電壓超過800V、器件的電流密度超過100mA/mm、漏電流控制到了10nA以下等參數，這都意味著芯生代的GaN外延片技術已經做到了國際領先水平。我們也希望國內半導體流片廠能夠盡快解決6英寸GaN-on-Si的產能問題，并且下游的終端客戶能夠開發(fā)出更多的創(chuàng)新應用，整個產業(yè)鏈實現真正的緊密配合和共同進步，一起為即將到來的半導體技術革新做好準備工作，以期為中國在未來全球半導體格局中爭取一席之地。
（3）產業(yè)鏈的完善
隨著氮化鎵市場的不斷擴大和技術進步的加快，氮化鎵產業(yè)鏈也在逐步完善。國內外越來越多的企業(yè)開始涉足氮化鎵產業(yè)，從原材料的供應、設備制造、氮化鎵器件的研發(fā)到應用領域的推廣等各方面都在加強，形成了較為完整的產業(yè)鏈條。
然而，國內的襯底、特氣、封裝環(huán)節(jié)相對成熟，而關鍵設備廠商、外延片、流片環(huán)節(jié)相對薄弱。與國外相比，無論是國家投入還是資本市場投入都相對缺乏高科技領域的經驗，其技術和商業(yè)的評判系統(tǒng)都采用了傳統(tǒng)行業(yè)的經典模式，因此呈現一窩蜂、年度熱/冷等不理智特性，長效機制極度缺乏也造成了大量企業(yè)困局，使得整個產業(yè)鏈的發(fā)展嚴重失衡。幸運的是，大量的前輩和同行前赴后繼，2023年我們已經看到了GaN產業(yè)鏈在未來1-2年內可以整合完成的希望，中國仍然有望抓住發(fā)展的窗口末期，躋身三代半強國行列。
芯生代GaN外延片成本已降70%，5大舉措應對行業(yè)“惡性競爭”
行家說三代半：在降本增效方面，2023 年最值得關注和重視的新變化是什么？
鐘蓉：在過去的一年里，氮化鎵領域在降本增效取得了長足發(fā)展。一是由于外延技術的不斷突破，在氮化鎵外延片的生產成本大幅降低，從而不斷接近硅的成本。其中，芯生代通過技術提供得以將成本降低了70%，這不僅有助于提高氮化鎵器件的市場競爭力，還可能推動其在更多應用場景中的廣泛應用。
行家說三代半：成本是把雙刃劍，行業(yè)規(guī)模化發(fā)展需要接近硅器件的低成本，但也要防止被低價所反噬，您如何看待行業(yè)的低價和同質化競爭？貴公司有哪些好的做法和建議？
鐘蓉：GaN行業(yè)還未真正進入低價和同質化競爭階段，事實上由于技術還不成熟、產業(yè)鏈綜合良品率極低等因素，目前GaN的性價比非常低，這也是行業(yè)發(fā)展緩慢和市場評價差的根本原因。2023年的價格變動和行業(yè)競爭，只是一種向正常商業(yè)化的逐漸回歸現象。
另外，針對氮化鎵行業(yè)的未來可能遭遇的低價和同質化競爭，需要從多個角度進行思考和應對。首先，低價和同質化競爭可能會降低行業(yè)的整體利潤水平，甚至可能導致一些企業(yè)的虧損。這不僅會影響企業(yè)的盈利能力，還可能對企業(yè)的長期發(fā)展產生負面影響。因此，企業(yè)需要認真考慮如何在這種競爭環(huán)境中保持自己的競爭優(yōu)勢和盈利能力。其次，低價和同質化競爭也可能會催生更多的創(chuàng)新。為了在競爭中獲得優(yōu)勢，企業(yè)需要不斷推出更具創(chuàng)新性和差異化的產品或服務。這不僅可以滿足消費者的需求，還可以幫助企業(yè)在競爭中脫穎而出。針對這種競爭環(huán)境，可以考慮以下幾點做法和建議：
1.加大研發(fā)投入，不斷推出創(chuàng)新產品或服務，以差異化和專業(yè)化來提升競爭力；
2. 嚴格控制成本，通過優(yōu)化生產流程、降低采購成本等方式來提高盈利能力；
3.加強品牌建設，提升品牌知名度和美譽度，從而吸引更多的客戶；
4.與合作伙伴建立良好的合作關系，共同開拓市場，實現共贏；
5.積極參與行業(yè)標準和規(guī)范制定，推動行業(yè)健康發(fā)展。
綜上，行業(yè)規(guī)?；l(fā)展需要接近硅器件的低成本，但也要防止被低價所反噬。企業(yè)需要認真考慮如何在競爭環(huán)境中保持自己的競爭優(yōu)勢和盈利能力。通過加大研發(fā)投入、控制成本、加強品牌建設、建立合作伙伴關系以及參與行業(yè)標準和規(guī)范制定等措施，可以幫助企業(yè)在競爭中獲得優(yōu)勢并實現可持續(xù)發(fā)展。
大功率是GaN的優(yōu)勢和重點，芯生代4大措施開拓市場
行家說三代半：經過前些年的鋪墊，SiC / GaN 技術目前在許多應用場景都很活躍，展望 2024 年，您認為行業(yè)最大的機會在哪里？貴公司將如何開拓這些市場？
鐘蓉：低功率產品是氮化鎵產業(yè)的起點，但大功率卻是氮化鎵的優(yōu)勢和重點所在，符合技術進步和市場發(fā)展趨勢。而在未來數年的時間里，氮化鎵功率器件的應用場景將從已處于紅海競爭中的低功率消費電子向中大功率儲能、家電、電動工具等消費電子拓展，并逐步向ICT（通訊基站、服務器/區(qū)塊鏈）、工控、新能源、光伏、電力等工業(yè)場景延伸，經濟效益和市場潛力不容小覷。大功率氮化鎵產品的應用和發(fā)展，對于提升能源使用效率、推現碳中和碳達峰，具有極高的社會價值。2024年我認為將是高功率氮化鎵的元年，實現大功率的途徑主要有兩種，一是提高電壓，二是增大工作電流。在今年我們將會看到越來越多的企業(yè)推出高電壓、應用于高功率領域的氮化鎵產品，這使得氮化鎵會在新能源、光伏、電力等工業(yè)領域嶄露頭角。
為了開拓這些市場，我們認為需要采取以下策略：
1. 加強研發(fā)與創(chuàng)新：我們將繼續(xù)投資于GaN技術的研發(fā)與創(chuàng)新，以滿足不同應用場景的需求。需要不斷推出新的產品和技術，以提高效率、降低成本并減小尺寸。
2. 建立合作伙伴關系：我們將與產業(yè)鏈上的合作伙伴建立緊密的合作關系，共同推動GaN技術的應用和發(fā)展。我們將與設備制造商、芯片開發(fā)商和系統(tǒng)集成商等開展合作，共同開發(fā)出更高效、更可靠的解決方案。
3. 提高市場意識：我們將加大市場宣傳力度，提高客戶和合作伙伴對GaN技術的認識和了解。我們將舉辦技術研討會、產品發(fā)布會等活動，與業(yè)界分享我們的最新成果和創(chuàng)新經驗。
4. 優(yōu)化銷售與服務網絡：我們將擴大銷售和服務網絡，以便更好地滿足客戶的需求。但是，一切市場策略都是緊密圍繞和滿足客戶需求，芯片也是一個高度定制化行業(yè)，因此我們將增加采取“銷售+技術”捆綁模式，為客戶量身定制方案，提供專業(yè)、無縫、高效的服務。
數據、光儲充、電動汽車等
芯生代加速拓展GaN應用市場
行家說三代半：未來幾年，整個行業(yè)將面臨的挑戰(zhàn)有哪些？貴公司將如何面對并解決挑戰(zhàn)？
鐘蓉：未來幾年，整個氮化鎵行業(yè)將面臨以下挑戰(zhàn)：
1. 技術成熟度：氮化鎵技術雖然已經取得了一些進展，但仍處于發(fā)展階段，需要進一步提高技術成熟度，解決生產成本高、可靠性不穩(wěn)定等問題。
2. 市場需求：氮化鎵器件具有高頻率、高效率和高功率密度等優(yōu)點，但目前市場滲透率較低，需要進一步拓展應用領域，提高市場需求。
3. 產能和供應鏈：氮化鎵行業(yè)需要大規(guī)模生產和供應鏈支持，但目前全球氮化鎵產能有限，供應鏈也不夠完善，這將給行業(yè)帶來很大的挑戰(zhàn)；同時也要謹防大上特上、某個節(jié)點產能井噴從而導致結構性產能過剩等問題。
4. 競爭格局：隨著氮化鎵技術的不斷發(fā)展，競爭也將越來越激烈。國內外企業(yè)都在加速布局氮化鎵市場，需要加強技術創(chuàng)新和品牌建設，提高競爭力。
針對這些挑戰(zhàn)，芯生代將采取以下措施：
1. 加強技術研發(fā)和創(chuàng)新：芯生代相信技術發(fā)展是最好的競爭利器，我們將不斷推進氮化鎵技術的研發(fā)和創(chuàng)新，提高技術成熟度和可靠性，降低生產成本，為市場拓展提供有力支持。
2. 拓展應用領域：積極對接下游客戶，探索氮化鎵器件在各個領域的應用，特別是高頻率、高效率和高功率密度等應用領域，提高市場需求。
3. 加強產能和供應鏈建設：根據市場需求擴大氮化鎵產能，充分與上下游企業(yè)合作從而完善供應鏈體系，確保規(guī)?；a和供貨的穩(wěn)定性和可靠性。
4. 提高競爭力：加強品牌建設和市場營銷，提高氮化鎵產品的知名度和美譽度；加強與國內外企業(yè)的合作和交流，共同推動氮化鎵行業(yè)的發(fā)展。
行家說三代半：2024 年，貴司定下來了哪些規(guī)劃和目標？
鐘蓉：在2024年，芯生代在氮化鎵領域的規(guī)劃和目標可能包括以下幾個方面：首先，鑒于有限的產能且產能提升需要較長的周期，芯生代將根據客戶提出的應用場景，優(yōu)先開發(fā)和供應稀缺程度最高、難度最大的產品，避免惡性商業(yè)競爭和浪費先進生產力，促進行業(yè)的健康發(fā)展。其次，芯生代將積極推動自有外延產品和技術的不斷進步，陸續(xù)發(fā)布1200V、1500V高壓平臺的氮化鎵外延產品，主要推出D-mode產品，并適時適量公布技術細節(jié)，以便下游客戶更高效地開發(fā)新應用。最后，芯生代將開發(fā)和驗證可用于高電壓的新型E-mode產品。
隨著氮化鎵的應用領域從手機快充快速擴展到數據中心、通信電源、光伏逆變器及電動車領域，新能源汽車、光伏以及儲能的高速發(fā)展為氮化鎵在大功率場景應用鋪平了道路。因此，芯生代會進一步探索這些新興領域，并將氮化鎵低損耗的特性引入相關產品，拓展氮化鎵的應用領域。
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