芯生代：GaN成本降低70%，加速開拓大功率市場(chǎng)

回首2023，碳化硅和氮化鎵行業(yè)取得了哪些進(jìn)步？出現(xiàn)了哪些變化？2024將迎來哪些新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)？為更好地解讀產(chǎn)業(yè)格局，探索未來的前進(jìn)方向，行家說三代半、行家極光獎(jiǎng)聯(lián)合策劃了《行家瞭望——2024，火力全開》專題報(bào)道。

本期嘉賓是芯生代董事長(zhǎng)/首席科學(xué)家 鐘蓉?。

鐘董在訪談中分享了很多干貨：

● 芯生代擁有獨(dú)特的零缺陷薄膜制備技術(shù)，可顯著提高GaN外延層各層薄膜生長(zhǎng)的質(zhì)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(shí)現(xiàn)了進(jìn)口替代。

●?芯生代在降本增效取得了長(zhǎng)足發(fā)展，通過技術(shù)提供得以將產(chǎn)品成本降低70%。

●?大功率是GaN的優(yōu)勢(shì)和重點(diǎn)，芯生代全力開拓數(shù)據(jù)、光儲(chǔ)充、電動(dòng)汽車等市場(chǎng)。

更多訪談內(nèi)容請(qǐng)往下看，另外，接下來還將有更多的領(lǐng)軍企業(yè)參與《行家瞭望》，敬請(qǐng)期待。

專注研發(fā)高電壓、大電流GaN外延，擁有獨(dú)特制備技術(shù) 良品率達(dá)99%以上

行家說三代半：過去一年，貴公司主要做了哪些關(guān)鍵性工作？

鐘蓉：芯生代作為氮化鎵領(lǐng)域的新進(jìn)公司，自公司成立以來始終以實(shí)現(xiàn)“核心技術(shù)突破”和“產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略引領(lǐng)”為使命，向客戶提供品質(zhì)一流、可靠性優(yōu)異的GaN-on-Si外延片，推動(dòng)GaN產(chǎn)品早日走入千家萬(wàn)戶，創(chuàng)造第三代半導(dǎo)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(biāo)，在2023年6月完成6英寸GaN HEMT D-mode外延產(chǎn)品的研發(fā)。經(jīng)過流片驗(yàn)證，不僅能夠滿足800V高壓平臺(tái)的性能要求，而且器件的電流密度超過100mA/mm，其他各項(xiàng)性能指標(biāo)參數(shù)均超過市售產(chǎn)品并達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，成為國(guó)內(nèi)極少數(shù)能夠真正獨(dú)立研發(fā)氮化鎵高電壓外延的團(tuán)隊(duì)。與此同時(shí)，公司與多家下游廠商達(dá)成合作，將于2024年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的批量交付。

行家說三代半：2023 年貴公司取得了哪些成績(jī)？你們實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)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(shù)研發(fā)作為工作的重中之重，在氮化鎵外延領(lǐng)域做到了：

●?利用獨(dú)有的零缺陷薄膜制備技術(shù)，顯著提高了外延層各層薄膜生長(zhǎng)的質(zhì)量，并通過自主研發(fā)的高電壓控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了氮化鎵850V系列外延片的高電壓、高穩(wěn)定性和高開關(guān)特性，意味著氮化鎵器件在800伏電驅(qū)或其他高壓應(yīng)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(dú)有的厚度零缺陷薄膜制備技術(shù)，顯著提高了外延層各層薄膜生長(zhǎng)的質(zhì)量，并通過自主研發(fā)的高電流控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)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(chǎng)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(jìn)行組合使用，將實(shí)現(xiàn)全面覆蓋大功率器件的應(yīng)用，充分發(fā)揮第三代半導(dǎo)體的優(yōu)勢(shì)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(dá)100%，良品率99%以上，半峰寬穩(wěn)定在450-550arcsec，電壓可以達(dá)到850V以上，電流密度高達(dá)100mA/mm，成功實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口替代。

●?由于新的方法在成本控制方面有顯著的優(yōu)勢(shì)，該成果還能將制備成本降低到原來的30%，進(jìn)一步拓展了氮化鎵器件在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

應(yīng)用市場(chǎng)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)鏈均獲突破，芯生代外延技術(shù)已達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平

行家說三代半：您認(rèn)為 2023 年整個(gè)行業(yè)取得了哪些新的進(jìn)步（包括市場(chǎng)、技術(shù)等）？

鐘蓉：（1） 市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大

氮化鎵作為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有高頻率、高效率、高功率等優(yōu)點(diǎn)，因此在5G通信、衛(wèi)星通信、電動(dòng)汽車、高鐵、航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，氮化鎵的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展，為整個(gè)行業(yè)的發(fā)展帶來了更多的機(jī)遇。

一些下游頭部企業(yè)已經(jīng)率先立項(xiàng)，計(jì)劃使用GaN替代原有器件，并愿意去探索新的應(yīng)用場(chǎng)景，這對(duì)今后整個(gè)第三代半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展都是強(qiáng)有力的支撐。由上游供應(yīng)商強(qiáng)力推行先進(jìn)技術(shù)迫使下游客戶適應(yīng)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(jí)供應(yīng)商versus小微客戶，而并不適用于第三代半導(dǎo)體供應(yīng)商versus下游超級(jí)客戶，之前GaN的商業(yè)推進(jìn)總是以后者這種商業(yè)模式進(jìn)行產(chǎn)業(yè)推進(jìn)，導(dǎo)致整個(gè)行業(yè)舉步維艱，甚至很多上游企業(yè)不得不經(jīng)歷長(zhǎng)期的行業(yè)低谷。由重量級(jí)下游客戶先找到市場(chǎng)，才能保證中上游供應(yīng)商研發(fā)投入能夠產(chǎn)生良好的商業(yè)回報(bào)，這也是行業(yè)即將進(jìn)入良性發(fā)展的重要信號(hào)。

（2）技術(shù)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(shù)創(chuàng)新和突破。例如，GaN單晶襯底在不斷優(yōu)化和提高質(zhì)量的同時(shí)，其制備成本也在逐步降低，這為GaN的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)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(lǐng)域的應(yīng)用提供了更好的保障。

對(duì)于GaN-on-Si外延片技術(shù)而言，我認(rèn)為芯生代做出的技術(shù)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(shù)，這都意味著芯生代的GaN外延片技術(shù)已經(jīng)做到了國(guó)際領(lǐng)先水平。我們也希望國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體流片廠能夠盡快解決6英寸GaN-on-Si的產(chǎn)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(yīng)用，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)真正的緊密配合和共同進(jìn)步，一起為即將到來的半導(dǎo)體技術(shù)革新做好準(zhǔn)備工作，以期為中國(guó)在未來全球半導(dǎo)體格局中爭(zhēng)取一席之地。

（3）產(chǎn)業(yè)鏈的完善

隨著氮化鎵市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大和技術(shù)進(jìn)步的加快，氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈也在逐步完善。國(guó)內(nèi)外越來越多的企業(yè)開始涉足氮化鎵產(chǎn)業(yè)，從原材料的供應(yīng)、設(shè)備制造、氮化鎵器件的研發(fā)到應(yīng)用領(lǐng)域的推廣等各方面都在加強(qiáng)，形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。

然而，國(guó)內(nèi)的襯底、特氣、封裝環(huán)節(jié)相對(duì)成熟，而關(guān)鍵設(shè)備廠商、外延片、流片環(huán)節(jié)相對(duì)薄弱。與國(guó)外相比，無(wú)論是國(guó)家投入還是資本市場(chǎng)投入都相對(duì)缺乏高科技領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，其技術(shù)和商業(yè)的評(píng)判系統(tǒng)都采用了傳統(tǒng)行業(yè)的經(jīng)典模式，因此呈現(xiàn)一窩蜂、年度熱/冷等不理智特性，長(zhǎng)效機(jī)制極度缺乏也造成了大量企業(yè)困局，使得整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展嚴(yán)重失衡。幸運(yùn)的是，大量的前輩和同行前赴后繼，2023年我們已經(jīng)看到了GaN產(chǎn)業(yè)鏈在未來1-2年內(nèi)可以整合完成的希望，中國(guó)仍然有望抓住發(fā)展的窗口末期，躋身三代半強(qiáng)國(guó)行列。

芯生代GaN外延片成本已降70%，5大舉措應(yīng)對(duì)行業(yè)“惡性競(jìng)爭(zhēng)”

行家說三代半：在降本增效方面，2023 年最值得關(guān)注和重視的新變化是什么？

鐘蓉：在過去的一年里，氮化鎵領(lǐng)域在降本增效取得了長(zhǎng)足發(fā)展。一是由于外延技術(shù)的不斷突破，在氮化鎵外延片的生產(chǎn)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(shù)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，還可能推動(dòng)其在更多應(yīng)用場(chǎng)景中的廣泛應(yīng)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(jià)所反噬，您如何看待行業(yè)的低價(jià)和同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)？貴公司有哪些好的做法和建議？

鐘蓉：GaN行業(yè)還未真正進(jìn)入低價(jià)和同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)階段，事實(shí)上由于技術(shù)還不成熟、產(chǎn)業(yè)鏈綜合良品率極低等因素，目前GaN的性價(jià)比非常低，這也是行業(yè)發(fā)展緩慢和市場(chǎng)評(píng)價(jià)差的根本原因。2023年的價(jià)格變動(dòng)和行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，只是一種向正常商業(yè)化的逐漸回歸現(xiàn)象。

另外，針對(duì)氮化鎵行業(yè)的未來可能遭遇的低價(jià)和同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)，需要從多個(gè)角度進(jìn)行思考和應(yīng)對(duì)。首先，低價(jià)和同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)可能會(huì)降低行業(yè)的整體利潤(rùn)水平，甚至可能導(dǎo)致一些企業(yè)的虧損。這不僅會(huì)影響企業(yè)的盈利能力，還可能對(duì)企業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，企業(yè)需要認(rèn)真考慮如何在這種競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中保持自己的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和盈利能力。其次，低價(jià)和同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)也可能會(huì)催生更多的創(chuàng)新。為了在競(jìng)爭(zhēng)中獲得優(yōu)勢(shì)，企業(yè)需要不斷推出更具創(chuàng)新性和差異化的產(chǎn)品或服務(wù)。這不僅可以滿足消費(fèi)者的需求，還可以幫助企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。針對(duì)這種競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，可以考慮以下幾點(diǎn)做法和建議：

1.加大研發(fā)投入，不斷推出創(chuàng)新產(chǎn)品或服務(wù)，以差異化和專業(yè)化來提升競(jìng)爭(zhēng)力；

2. 嚴(yán)格控制成本，通過優(yōu)化生產(chǎn)流程、降低采購(gòu)成本等方式來提高盈利能力；

3.加強(qiáng)品牌建設(shè)，提升品牌知名度和美譽(yù)度，從而吸引更多的客戶；

4.與合作伙伴建立良好的合作關(guān)系，共同開拓市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)共贏；

5.積極參與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范制定，推動(dòng)行業(yè)健康發(fā)展。

綜上，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(jià)所反噬。企業(yè)需要認(rèn)真考慮如何在競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中保持自己的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和盈利能力。通過加大研發(fā)投入、控制成本、加強(qiáng)品牌建設(shè)、建立合作伙伴關(guān)系以及參與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范制定等措施，可以幫助企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中獲得優(yōu)勢(shì)并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

大功率是GaN的優(yōu)勢(shì)和重點(diǎn)，芯生代4大措施開拓市場(chǎng)

行家說三代半：經(jīng)過前些年的鋪墊，SiC / GaN 技術(shù)目前在許多應(yīng)用場(chǎng)景都很活躍，展望 2024 年，您認(rèn)為行業(yè)最大的機(jī)會(huì)在哪里？貴公司將如何開拓這些市場(chǎng)？

鐘蓉：低功率產(chǎn)品是氮化鎵產(chǎn)業(yè)的起點(diǎn)，但大功率卻是氮化鎵的優(yōu)勢(shì)和重點(diǎn)所在，符合技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)。而在未來數(shù)年的時(shí)間里，氮化鎵功率器件的應(yīng)用場(chǎng)景將從已處于紅海競(jìng)爭(zhēng)中的低功率消費(fèi)電子向中大功率儲(chǔ)能、家電、電動(dòng)工具等消費(fèi)電子拓展，并逐步向ICT（通訊基站、服務(wù)器/區(qū)塊鏈）、工控、新能源、光伏、電力等工業(yè)場(chǎng)景延伸，經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)潛力不容小覷。大功率氮化鎵產(chǎn)品的應(yīng)用和發(fā)展，對(duì)于提升能源使用效率、推現(xiàn)碳中和碳達(dá)峰，具有極高的社會(huì)價(jià)值。2024年我認(rèn)為將是高功率氮化鎵的元年，實(shí)現(xiàn)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(huì)看到越來越多的企業(yè)推出高電壓、應(yīng)用于高功率領(lǐng)域的氮化鎵產(chǎn)品，這使得氮化鎵會(huì)在新能源、光伏、電力等工業(yè)領(lǐng)域嶄露頭角。

為了開拓這些市場(chǎng)，我們認(rèn)為需要采取以下策略：

1. 加強(qiáng)研發(fā)與創(chuàng)新：我們將繼續(xù)投資于GaN技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。需要不斷推出新的產(chǎn)品和技術(shù)，以提高效率、降低成本并減小尺寸。

2. 建立合作伙伴關(guān)系：我們將與產(chǎn)業(yè)鏈上的合作伙伴建立緊密的合作關(guān)系，共同推動(dòng)GaN技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。我們將與設(shè)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(chǎng)意識(shí)：我們將加大市場(chǎng)宣傳力度，提高客戶和合作伙伴對(duì)GaN技術(shù)的認(rèn)識(shí)和了解。我們將舉辦技術(shù)研討會(huì)、產(chǎn)品發(fā)布會(huì)等活動(dòng)，與業(yè)界分享我們的最新成果和創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)。

4. 優(yōu)化銷售與服務(wù)網(wǎng)絡(luò)：我們將擴(kuò)大銷售和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，以便更好地滿足客戶的需求。但是，一切市場(chǎng)策略都是緊密圍繞和滿足客戶需求，芯片也是一個(gè)高度定制化行業(yè)，因此我們將增加采取“銷售+技術(shù)”捆綁模式，為客戶量身定制方案，提供專業(yè)、無(wú)縫、高效的服務(wù)。

數(shù)據(jù)、光儲(chǔ)充、電動(dòng)汽車等

芯生代加速拓展GaN應(yīng)用市場(chǎng)

行家說三代半：未來幾年，整個(gè)行業(yè)將面臨的挑戰(zhàn)有哪些？貴公司將如何面對(duì)并解決挑戰(zhàn)？

鐘蓉：未來幾年，整個(gè)氮化鎵行業(yè)將面臨以下挑戰(zhàn)：

1. 技術(shù)成熟度：氮化鎵技術(shù)雖然已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但仍處于發(fā)展階段，需要進(jìn)一步提高技術(shù)成熟度，解決生產(chǎn)成本高、可靠性不穩(wěn)定等問題。

2. 市場(chǎng)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(diǎn)，但目前市場(chǎng)滲透率較低，需要進(jìn)一步拓展應(yīng)用領(lǐng)域，提高市場(chǎng)需求。

3. 產(chǎn)能和供應(yīng)鏈：氮化鎵行業(yè)需要大規(guī)模生產(chǎn)和供應(yīng)鏈支持，但目前全球氮化鎵產(chǎn)能有限，供應(yīng)鏈也不夠完善，這將給行業(yè)帶來很大的挑戰(zhàn)；同時(shí)也要謹(jǐn)防大上特上、某個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)能井噴從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過剩等問題。

4. 競(jìng)爭(zhēng)格局：隨著氮化鎵技術(shù)的不斷發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)也將越來越激烈。國(guó)內(nèi)外企業(yè)都在加速布局氮化鎵市場(chǎng)，需要加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和品牌建設(shè)，提高競(jìng)爭(zhēng)力。

針對(duì)這些挑戰(zhàn)，芯生代將采取以下措施：

1. 加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新：芯生代相信技術(shù)發(fā)展是最好的競(jìng)爭(zhēng)利器，我們將不斷推進(jìn)氮化鎵技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新，提高技術(shù)成熟度和可靠性，降低生產(chǎn)成本，為市場(chǎng)拓展提供有力支持。

2. 拓展應(yīng)用領(lǐng)域：積極對(duì)接下游客戶，探索氮化鎵器件在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是高頻率、高效率和高功率密度等應(yīng)用領(lǐng)域，提高市場(chǎng)需求。

3. 加強(qiáng)產(chǎn)能和供應(yīng)鏈建設(shè)：根據(jù)市場(chǎng)需求擴(kuò)大氮化鎵產(chǎn)能，充分與上下游企業(yè)合作從而完善供應(yīng)鏈體系，確保規(guī)?；a(chǎn)和供貨的穩(wěn)定性和可靠性。

4. 提高競(jìng)爭(zhēng)力：加強(qiáng)品牌建設(shè)和市場(chǎng)營(yíng)銷，提高氮化鎵產(chǎn)品的知名度和美譽(yù)度；加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)外企業(yè)的合作和交流，共同推動(dòng)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(biāo)？

鐘蓉：在2024年，芯生代在氮化鎵領(lǐng)域的規(guī)劃和目標(biāo)可能包括以下幾個(gè)方面：首先，鑒于有限的產(chǎn)能且產(chǎn)能提升需要較長(zhǎng)的周期，芯生代將根據(jù)客戶提出的應(yīng)用場(chǎng)景，優(yōu)先開發(fā)和供應(yīng)稀缺程度最高、難度最大的產(chǎn)品，避免惡性商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)和浪費(fèi)先進(jìn)生產(chǎn)力，促進(jìn)行業(yè)的健康發(fā)展。其次，芯生代將積極推動(dòng)自有外延產(chǎn)品和技術(shù)的不斷進(jìn)步，陸續(xù)發(fā)布1200V、1500V高壓平臺(tái)的氮化鎵外延產(chǎn)品，主要推出D-mode產(chǎn)品，并適時(shí)適量公布技術(shù)細(xì)節(jié)，以便下游客戶更高效地開發(fā)新應(yīng)用。最后，芯生代將開發(fā)和驗(yàn)證可用于高電壓的新型E-mode產(chǎn)品。

隨著氮化鎵的應(yīng)用領(lǐng)域從手機(jī)快充快速擴(kuò)展到數(shù)據(jù)中心、通信電源、光伏逆變器及電動(dòng)車領(lǐng)域，新能源汽車、光伏以及儲(chǔ)能的高速發(fā)展為氮化鎵在大功率場(chǎng)景應(yīng)用鋪平了道路。因此，芯生代會(huì)進(jìn)一步探索這些新興領(lǐng)域，并將氮化鎵低損耗的特性引入相關(guān)產(chǎn)品，拓展氮化鎵的應(yīng)用領(lǐng)域。