【為什麼我們要挑選這篇文章】5G 時代來臨，氮化鎵（GaN）具有高頻、高功率、較寬頻寬等特性，成為半導體界的寵兒。然而氮化鎵除了應用於 5G 產品射頻之外，在電源管理上也具有體積小、高功率的優勢，可發展快充；市場研究公司 Yole 預估， 2024 年，氮化鎵電源市場產值將超過 3.5 億美元（約新台幣 105 億元）。（責任編輯：郭家宏）
由於 2 月 13 日小米在新品發表會中，除了推出小米 10 系列外，更宣佈採用氮化鎵（GaN）作為原料的充電器，一時間原本 GaN 在射頻領域熱燒的話題，快速延燒至電池產業。
GaN 是極為穩定的化合物，又是堅硬和熔點高的材料，其熔點為高達 1700℃。同時，GaN 有較高的電子密度和電子速度，其高電離度也是在三五族化合物中最高的，因此受到高頻、高功率類別電子產品的青睞。
GaN 目前主要的應用就在微波射頻、電力兩大領域。具體而言，微波射頻包含 5G 通訊、雷達預警、衛星通訊等應用；電力則包含智慧電網、高速軌道交通、新能源汽車、消費電子等。
射頻：GaN 能應用於 5G 小基地站與衛星通訊
GaN 的射頻零組件具有高頻、高功率、較寬頻寬、低功耗、小尺寸的特點，能有效在 5G 世代中節省 PCB 的空間，特別是手機內部空間上，且能達到良好的功耗控制。
在 5G 產品中，GaN 主要應用在 Sub-6GHz 基地台和毫米波（24GHz 以上）的小基地站。Yole 預估，GaN 射頻市場將從 2018 年的 6.45 億美元（約新台幣 194 億元）成長 2024 年的 20 億美元（約新台幣 600 億元），CAGR 達 21%，這主要受電信基礎設施及國防兩大領域所推動，而衛星通信、有線寬頻和射頻也有一定的貢獻。
在要求高頻高功率輸出的衛星通訊中，市場預估 GaN 將逐漸取代 GaAs 成為新的解決方案。而在有線電視和民用雷達市場與 LDMOS 或 GaAs 材料相比，GaN 的成本仍高，短期內大量取代的情況不易見。
在 GaN 射頻領域主要由美、日兩國企業主導，其中，以美商 Cree 居首，住友電工、東芝、富士通等日商緊追在後，中國廠如三安光電、海特高新、華進創威在此領域雖有著墨，但與國際大廠相比技術差距大。
電力：GaN 材料的電源產品更為輕薄，充電插頭體積也較小
在 600 伏特左右電壓下，GaN 在電源管理、發電和功率輸出方面具有明顯的優勢，這使 GaN 材料的電源產品可更為輕薄、高效率，且 GaN 充電插頭體積小、功率高、支援 PD 協定，有機會在未來統一 NB 和手機的充電器市場。
因為材料特性的差異，矽在高於 1200V 的高電壓、大功率具有優勢，而 GaN 製的產品更適合 40～1200V 的應用，特別是在 600V/3KW 能發揮最大優勢。因此，在伺服器、馬達驅動、UPS 等領域，GaN 可以挑戰傳統 MOSFET 或 IGBT 的地位。
Yole 預計，2024 年 GaN 電源市場產值將超過 3.5 億美元（約新台幣 105 億元），CAGR 達 85%，當中，GaN 快充是推動產業高成長的主要力量。此外，GaN 還有望滲透進入汽車及工業和電信電源應用中。
從生產端來看，GaN 功率半導體已開始少量出貨，但由於其價格過於昂貴，是影響現階段發展受限的主要因素。價格不親民是因為目前 GaN 製晶片仍以 6 吋及以下的晶圓廠生產為主，尚未顯現規模效應，若未來成本能再大幅下降，市場需求就會爆發。
在 GaN 功率領域中，市場主要由 Infineon、EPC、GaN Systems、Transphorm，及 Navitas 等公司主導，其產品是由 TSMC，Episil、X-FAB 進行代工。中國新興代工廠中，三安光電和海特高新具有量產 GaN 功率零組件的能力。
雖然 GaN 有著許多優勢，但因為產品價格偏高，這是現在消費性電子產品未大量採用的主因。反而在衛星、軍事這類對價格敏感度低的產業，GaN 零組件對其有極大的吸引力。
不過，從意法半導體與台積電之間的合作可以看出，在 5G 世代中，GaN 已經是不可缺少的重要原料，特別是在車電領域（與手機等消費性電子相比，價格敏感度低），將是國際大廠搶進重點領域之一。
（本文經合作夥伴 鉅亨網 授權轉載，並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題，原文標題為〈〈分析〉一文看懂：GaN在射頻、電力產業潛力〉。首圖來源：Pxhere CC Licensed）
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