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全球功率半導體,爆漲!氮化鎵要來了!
復合年均增長率 ≈ 6.95%富士經濟重磅預測🔥 2035年功率半導體市場翻倍破7兆、氧化鎵量產倒計時近日,富士經濟於2026年4月發佈了全球功率半導體市場預測報告。報告預測,隨著新一代功率半導體全面投入使用,該市場將從2030年左右開始顯著擴張。到2035年,市場規模預計將達到73495億日元,較2025年增長95.7%。在下一代功率半導體方面,碳化矽(SiC)功率模組市場預計將增長至18749億日元,增長5.3倍;氮化鎵(GaN)功率半導體市場預計將增長至3169億日元,增長5.4倍。1、全球功率半導體市場概覽預計到2035年,全球功率半導體市場規模將達到73495億日元。其中,矽(Si)功率半導體市場規模將達到48418億日元,下一代功率半導體市場規模將達到25077億日元。2025年,功率半導體市場規模為37550億日元,其中矽功率半導體市場規模為32182億日元,下一代功率半導體市場規模為5368億日元。這表明,未來十年,下一代功率半導體市場將迎來顯著增長。據富士經濟預測,2025年矽功率半導體市場將因電子裝置製造商的庫存調整以及消費電子產品和資訊通訊裝置需求的增長而增長。另一方面,歐洲、美國和日本的功率半導體製造商則受到電動汽車市場停滯不前的顯著影響。全球功率半導體市場,來源:富士經濟2、預計:碳化矽價格競爭將加劇(價格戰)在下一代功率半導體領域,碳化矽(SiC)功率模組的市場規模預計將從2025年的3506億日元增長到2035年的1.8749兆日元。電動汽車牽引逆變器對SiC功率模組的需求旺盛,預計其在電動汽車中的應用將持續增長。到2035年,預計約70%的電動汽車將配備基於SiC的牽引逆變器。在鐵路和能源領域,SiC功率模組在大容量儲能系統(ESS)和太陽能發電系統功率調節器中的應用也將顯著擴大。另一方面,來自中國製造商的新進入者數量不斷增加,預計將加劇價格競爭。3、氮化鎵倒計時:汽車和伺服器領域迅速發展預計到 2025 年,GaN 功率半導體市場規模將達到 585 億日元,到 2035 年將增長至 3169 億日元。未來,GaN 的應用預計將在車載充電器、雷射雷達、伺服器機架電源以及人形機器人和無人機等領域得到更廣泛的應用。氧化鎵市場形成開始2025 年氧化鎵功率半導體市場規模很小,但預計到 2035 年將增長至 149 億日元。氧化鎵功率半導體主要分為兩類:一類用於肖特基勢壘二極體(SBD),即高速整流二極體;另一類用於場效應電晶體(FET),即高速開關電晶體。在日本,FLOSFIA公司於2025年12月完成了其4英吋氧化鎵晶圓製造技術的演示。該公司還宣佈,使用原型SBD驗證了產品可靠性的提升。富士經濟預測,用於白色家電和伺服器機架電源的600V小梁網二極體(SBD)將於2027年左右開始量產,屆時市場將迎來爆發式增長。儘管由於碳化矽(SiC)功率半導體成本的下降,氧化鎵功率半導體的成本優勢正在減弱,但富士經濟預計,一旦開始量產,鑑於氧化鎵功率半導體具有耐高壓等優勢,其應用將會更加廣泛。預計到2030年左右,FET將開始大規模生產,主要面向工業和能源領域,這些領域的需求量將大於SBD。FET的應用將首先應用於大型太陽能發電廠的電源調節器和兆瓦級充電器,未來有望擴展到汽車和電子領域。4、全球功率半導體製造裝置/元件市場受功率半導體市場整體低迷的影響,晶圓、光刻膠、焊料、封裝材料和鍵合材料等功率半導體元件市場增速放緩。矽晶圓需求同比略有增長,中國市場對前端材料的需求依然強勁,但歐美市場需求有所下降。後端材料需求疲軟,尤其是在汽車和電子應用領域。預計從2026年起,在功率半導體需求復甦的推動下,市場將開始擴張。市場規模預計到2025年將達到5967億日元,2029年將達到1兆日元,2035年將達到1.806兆日元。全球功率半導體製造裝置市場預計將從2025年的6735億日元增長至2035年的1.3627兆日元,翻一番。2025年,由於電動汽車市場低迷導致汽車相關資本投資減少,以及對2024年之前過度投資的反彈,該市場出現顯著萎縮。預計從2026年開始,此前被推遲的資本投資將恢復,從而帶動市場復甦,尤其是在前端工藝裝置方面。預計到2035年,8英吋碳化矽功率半導體生產線裝置的投資增加,以及汽車/電子行業檢測測試裝置和晶片外觀檢測裝置的廣泛應用,將推動市場擴張。(來源:eetjp)(芯榜)
全球最薄氮化鎵晶片,英特爾造
英特爾晶圓代工中心的研究人員展示了一種基於 300 毫米矽基氮化鎵晶圓的首創氮化鎵晶片技術,標誌著半導體設計領域的重大飛躍。這項成果在2025 年 IEEE 國際電子器件會議 (IEDM)上發佈,旨在解決現代計算領域最緊迫的挑戰之一:如何在日益緊湊的空間內提供更強大的性能、更快的速度和更高的效率。為了滿足圖形處理器、伺服器和無線網路對更高性能的需求,英特爾晶圓代工中心團隊開發了一種超薄氮化鎵晶片——其基底矽的厚度僅為 19 微米,大約是人類頭髮絲寬度的五分之一——以及業界首個完全單片整合的晶片上數字控制電路,所有這些都採用單一的整合製造工藝完成。這項創新的需求源於現代電子產品的一個根本性難題:如何在更小的空間內整合更多功能,同時還要應對更高的功率負載和更快的資料傳輸速度。傳統的矽基技術正接近其物理極限,業界一直在尋求氮化鎵 (GaN) 等替代材料來彌補這一差距。英特爾晶圓代工將超薄 GaN 晶片與片上數字控制電路相結合,無需單獨的配套晶片,並減少了元件間訊號傳輸過程中的能量損耗。全面的可靠性測試進一步證明,該平台有望成為實際產品的有力候選方案。這項技術為多個行業的切實改進打開了大門。在資料中心,氮化鎵(GaN)晶片的開關速度更快,能耗更低,優於矽晶片。這將使電壓調節器能夠做得更小、更高效,並更靠近處理器——從而減少長距離電源路徑上的電阻損耗。在無線基礎設施領域,GaN電晶體的高頻性能使其成為射頻(RF)前端技術的理想選擇,例如未來十年正在開發的5G和6G系統中使用的基站。GaN能夠在超過200 GHz的頻率下高效運行,這使其非常適合下一代網路所依賴的釐米波和毫米波頻段。¹ 除了網路之外,同樣的性能也適用於雷達系統、衛星通訊和光子應用,這些應用都需要快速的電訊號切換來調製光訊號。為什麼選擇氮化鎵?瞭解其材料優勢氮化鎵是一種化合物半導體——一種由兩種元素構成的材料——因其卓越的物理特性而備受關注。可以將半導體電晶體想像成一個控制電流流動的閥門或開關。目前大多數電晶體晶片使用的材料矽雖然也是一個不錯的閥門,但它也有侷限性:在高電壓下性能下降,並且隨著開關速度的提高,會產生更多的熱量和能量損耗。氮化鎵電晶體可以承受更高的電壓,開關速度更快,並且在此過程中能量損耗顯著降低。這使得它在功率轉換(即高效地升壓或降壓)領域極具吸引力。英特爾晶圓代工的方法是——在行業標準的 300 毫米直徑的大型矽晶圓上生長氮化鎵——使得氮化鎵晶片能夠使用為傳統矽晶片建造的大部分相同基礎設施進行製造,從而有可能大幅降低成本,並實現行業所需的大規模生產。一種新穎的方法:打造世界上最薄的氮化鎵晶片減薄半導體晶圓聽起來很簡單,但要在已完成所有電晶體和金屬布線層的 300 毫米氮化鎵矽基晶圓上進行減薄,同時又不損壞這些結構,卻是一項艱巨的工程挑戰。英特爾晶圓代工團隊採用了一種名為“研磨前隱形切割”(SDBG)的技術來實現這一目標。該技術使用精確控制的雷射在晶圓內部產生微小的裂紋,然後再通過機械研磨步驟減薄晶圓厚度。最終得到的氮化鎵晶片,其底層矽襯底厚度僅為 19 微米。為了驗證晶圓減薄不會影響性能,研究團隊測量了所製備晶片上電晶體的電學特性。柵極長度短至 30 奈米 (nm) 的電晶體展現出優異的載流能力、低能量損耗以及高達 78 伏的阻隔電壓能力。射頻性能同樣出色,電晶體的工作截止頻率超過 300 GHz——完全滿足下一代無線通訊所需的頻率範圍。與傳統的基於CMOS的矽晶片相比,GaN晶片具有諸多優勢,這是矽晶片在其物理極限下無法比擬的。GaN晶片能夠提供更高的功率密度,從而在更小的空間內實現更強大的系統——這對於空間受限的應用至關重要,例如資料中心、電動汽車(本質上是移動資料中心)和無線基站的負載點供電。矽晶片在結溫高於約150°C時可靠性會降低,這限制了其在高溫環境下的應用。GaN晶片更寬的帶隙使其能夠在更高的溫度下穩定運行,從而降低開關過程中的功率損耗,並實現更高效的散熱管理,進而減小冷卻系統的尺寸和成本。此外,英特爾晶圓代工採用標準的300毫米矽晶圓進行GaN晶片生產,與現有的矽基製造基礎設施相容,有望減少對重大新投資的需求。將矽邏輯直接整合到氮化鎵晶片上這項工作最新穎之處或許在於,它展示了直接建構在氮化鎵晶片上的全功能數位電路。在傳統電子學中,數字控制邏輯——即控制功率電晶體何時開啟和關閉的電路——通常由單獨的矽晶片處理。在基於晶片組的系統中,獨立的晶片會佔用寶貴的空間,並且由於元件間較長的電氣路徑而導致效率降低。英特爾晶圓代工團隊提出了一種潛在的解決方案,即在同一晶片組上整合兩種類型的電晶體:一種是擅長處理高功率(高電壓)的氮化鎵N溝道金屬氧化物半導體高電子遷移率電晶體(N-MOSHEMT),另一種是適用於低電壓數字邏輯的矽P溝道金屬氧化物半導體場效應電晶體(Si PMOS)。通過一種稱為層轉移的工藝將矽轉移到氮化鎵晶圓上,可以將這兩種電晶體並排建構,並使用相同的布線層進行連接。利用這一組合工藝,團隊建構並測試了一整套數位電路建構模組庫:反相器(用於將訊號從“開”翻轉到“關”)、與非門(一種基本邏輯運算)、多路復用器(用於在多個輸入訊號之間進行選擇的電路)、觸發器(用於儲存單個資訊位元的電路)以及環形振盪器(用於測量電路速度的反相器鏈)。每個電路均工作正常,速度測量結果——每個反相器的切換時間僅為 33 皮秒 (ps),即 33 兆分之一秒——在整個 300 毫米晶圓上保持一致,證實了該工藝的均勻性,並具有大規模生產的潛力。¹可靠性證明:經久耐用證明一項新的半導體技術在實驗室中有效僅僅是成功的一半。任何晶片技術在應用於實際產品之前,都必須證明其能夠在真實世界的嚴苛環境下(例如高溫、高電壓和持續電流)可靠運行數年。英特爾晶圓代工團隊對氮化鎵電晶體進行了四項行業標準可靠性測試,每項測試都旨在模擬晶片在其生命周期中遇到的不同類型應力。在時變介質擊穿 (TDDB)、正偏壓溫度不穩定性 (pBTI)、高溫反向偏壓 (HTRB) 和熱載流子注入 (HCI) 研究中取得的令人滿意的結果表明,300 毫米氮化鎵 MOSHEMT 技術能夠滿足所需的可靠性指標。接下來是什麼?將數字控制電路直接整合到氮化鎵 (GaN) 功率晶片上,為在緊湊的封裝尺寸內實現日益複雜的片上智能晶片、高速開關和高效電源轉換提供了可能。隨著半導體行業不斷向基於晶片的架構轉型,英特爾晶圓代工的 300 毫米矽基氮化鎵 (GaN-on-silicon) 平台將發揮核心作用,滿足下一代計算和通訊系統對性能、效率和密度的需求。從超大規模營運商到下一代無線網路,再到國防平台和衛星通訊系統,氮化鎵的高效性能將顯著降低電力成本、冷卻基礎設施成本和碳排放,從而直接應對眾多行業面臨的最緊迫挑戰。 (半導體行業觀察)
國際鎵價,2年翻3倍
鎵是一種奇特的銀白色金屬,熔點低到能在手掌中融化。而在過去兩年,國際市場上鎵價的漲勢,也幾乎輕而易舉就“燃燒”到了沸點。行情資料顯示,過去兩年間,國際基準的鹿特丹低純度鎵價已上漲了近三倍。根據Argus Media的資料,今年1月平均價格創下每公斤約1572美元的歷史新高。目前,鎵在全球科技和軍事領域的應用無疑極為廣泛。鎵經氮氣和砷處理後可製成高性能半導體基板;在晶片領域,鎵能承受高電流,且比矽更耐高溫和潮濕。除手機和筆記型電腦外,衛星也使用鎵材料保護元件免受太空輻射的影響。中國在鎵生產領域擁有近乎絕對的優勢地位,佔全球原生產量的逾90%。而隨著全球鎵供需形勢愈發趨緊,美國政府眼下也正表現出前所未有的“緊迫感”。過去幾個月,美國政府已向美國本土及海外的工廠投入數億美元,尋求建立自身的鎵供應鏈,以減少對進口的依賴,並試圖通過“海外佈局、跨國合作、國內回收”三管齊下的“掘鎵”策略,徹底重塑全球鎵供應鏈。這些推動鎵生產的舉措是川普政府為國防、汽車和技術產業確保稀土及關鍵礦產努力的一部分。這些努力還包括提供數十億美元的融資,並幫助美國建立鋰、鈷和鎳等產品的戰略儲備。海外佈局川普政府重點扶持的項目之一位於西澳大利亞州(澳大利亞最大州)的Wagerup。自1980年代起,美國鋁業公司在此營運的精煉廠通過處理鋁土礦生產氧化鋁。由於鋁土礦中含有微量鎵元素,該公司計畫新建工廠進行提取。美國政府擬聯合澳大利亞和日本共同為該項目提供資金支援。美鋁公司表示,作為回報,三國政府將獲得該工廠部分產出的鎵金屬。據美鋁公司預測,該工廠最終年產量可達約100公噸鎵,滿足全球10%的鎵需求。作為對比,2024年全球鎵產量為760公噸。“多年來我們始終清楚鎵可從生產流程中提取,”美鋁首席執行長William Oplinger在近期採訪時表示,“若全球對鎵需求大幅增長且經濟上可行,我們可以在其他精煉廠也這樣做。”跨國合作美國還正積極通過國內投資提升鎵供應量。美國國防部去年年底已與私營投資者共同出資19億美元,入股與韓國鋅業的合資企業,助力這家總部位於首爾的公司收購美國鋅礦及冶煉廠。韓國鋅業計畫在美國田納西州工廠從鋅礦精煉殘渣中,提取鎵及約十余種關鍵金屬。另有47億美元的私營及政府貸款將助力韓國鋅業建設冶煉廠,開展複雜的金屬分離工藝。據悉,該田納西州項目預計自2030年起每年可產出多達54噸鎵。國內回收另一項鎵回收計畫則正在路易斯安那州推進,該州擁有全美唯一的氧化鋁精煉廠。位於新奧爾良與巴吞魯日之間的Atlantic Alumina公司正計畫擴產氧化鋁(鋁冶煉關鍵原料),並增設鎵處理裝置。多年來,Atlantic Alumina一直在囤積所謂的“紅泥”(red mud),這是將鋁土礦轉化為氧化鋁後留下的廢料。但該公司之前沒有能力從紅泥中進一步提取像鎵這樣的物質。美國國防部由此介入。美政府將投資1.5億美元入股Atlantic Alumina,支援其規劃的4.5億美元擴建及鎵項目。該公司預計年產鎵將能達到約50噸。成本與風險根據芬蘭關鍵礦產諮詢公司Rovjok的預測,到2030年,全球鎵需求將增長約24%。然而,Rovjok的估算同時也顯示,在美國製造鎵的成本將比中國高出20%以上。Colorado School of Mines經濟學教授Ian Lange則警告稱,美國和其他國家增加鎵產量的舉動可能會導致該金屬供過於求。“這個市場太小了,它會崩潰的,”他指出。 (財聯社)