芝能智芯出品

采用 GaN（氮化镓）和 SiC（碳化硅）组合的电力电子技术正在成为推动电气化驱动的重要趋势。

虽然硅（Si）在电力半导体领域长期占据主导地位，但其物理性能的限制已无法满足现代电动汽车（EV）和数据中心等高性能应用的需求。

GaN 和 SiC 通过其独特的材料特性，在提高效率、降低损耗以及实现更高功率密度方面展现出巨大的潜力。然而，这两种材料各有优缺点，互补性促使业界探索复合应用的可能性。

我们从技术差异、创新趋势及商业目标等角度，对 GaN 和 SiC 在电气化驱动中的应用进行深度分析。

Part 1

GaN 和 SiC 的差异

及复合使用的驱动因素

● 材料特性与应用差异

GaN 和 SiC 都具有比传统硅更大的带隙和击穿电压。

◎ SiC 可实现更高电压应用（例如 1.2 千伏以上），因此适用于高功率设备如电动汽车逆变器。

◎ 而 GaN 具有较高的电子迁移率，能在低电压应用（如 200 伏以内的消费电子产品）中实现更高的开关速度和效率。

均在提高器件性能方面占据重要地位，但各自在特定条件下受到材料缺陷的限制，例如 GaN 的横向器件设计和 SiC 的基面位错问题。

● 复合使用的优势与技术创新

复合应用 GaN 和 SiC 是近年来业界应对高性能需求的创新方向。通过技术创新如横向 GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）与垂直 SiC 晶体管的结合，能够在低电压快速切换和高电压高稳定性之间取得平衡。

例如，帕多瓦大学的研究团队通过面向面键合技术，将 GaN 的快速开关特性与 SiC 的高电压处理能力集成到单一系统中，复合设计可以显著减少寄生电感，提高系统效率。

这种在 GaN 和 SiC 领域的快速发展与变革主要由以下核心要素驱动。

● 首先，市场对电源管理系统在功率密度、效率和电压处理能力等方面的要求不断提升，尤其是电动汽车、数据中心等行业的蓬勃发展，迫切需要性能更优的功率器件。

● 其次，材料科学与半导体制造技术的不断进步为研究和优化 GaN、SiC 材料及相关器件提供了技术支撑，使得对其缺陷的研究和改进措施得以实施。

● 再者，企业间的竞争促使各厂商不断探索新的材料组合与技术创新，以在快速增长的电气化驱动市场中占据有利地位。

◎ 性能需求：现代电动汽车和数据中心对效率、功率密度和稳定性的要求推动了 GaN 和 SiC 的组合应用。

◎ 制造成本与工艺优化：通过在硅基底上生长 GaN 或 SiC，并引入缓冲层或复合增强层，行业正在努力降低材料缺陷并提高性能。

◎ 集成能力的提升：技术方案如层转移和混合互连，使 GaN 和 SiC 能够在单一封装中协同工作，同时保持与现有 CMOS 工具链的兼容性。

复合应用代表了电力电子领域朝向高集成度、高效率和多功能性发展的趋势。尤其是在全球对碳中和的需求下，GaN 和 SiC 的联合开发将进一步推动电气化进程，改善能源使用效率。

Part 2

不同使用战略意图及行业影响

对于涉足 GaN 和 SiC 复合器件研发与生产的公司而言，其目的主要在于满足市场对高性能功率器件日益增长的需求，从而获取商业竞争优势。

通过开发基于 GaN 和 SiC 复合技术的产品，能够针对不同电压等级和应用场景提供定制化的解决方案，如在电动汽车领域提高动力系统效率、减少能量损耗，在数据中心领域提升电源供应的稳定性和能效。

这有助于公司拓展市场份额，与传统硅基功率器件厂商形成差异化竞争，并在新兴的高性能功率器件市场中建立品牌影响力和技术壁垒。

● 选择结合 GaN 和 SiC 技术，旨在满足日益复杂的功率控制需求，并引领电力电子行业的转型。以下是其主要目标：

◎ 提升性能边界：通过采用 GaN 和 SiC 的最佳特性，公司致力于为电动汽车、数据中心和工业自动化等领域提供超高效、超高功率密度的解决方案。

◎ 优化成本结构：尽管 GaN 和 SiC 的原材料和制造成本较高，但通过技术创新降低缓冲层厚度、改进晶圆应力管理等措施，公司力求实现经济性与高性能的平衡。

◎ 占领市场先机：芝能智芯意图通过推出领先的复合功率器件，在高增长市场中抢占竞争优势，尤其是在汽车电气化和可再生能源应用领域。

我们可以预期在 GaN 和 SiC 技术领域将继续出现多方面的改变。在材料生长方面，随着对缺陷形成机制研究的深入，有望开发出更高效、更低成本的衬底生长技术，进一步减少位错和缺陷对器件性能的影响，提高晶体质量。

随着工艺技术的成熟，大规模生产的成本将逐渐降低，使得 GaN 和 SiC 复合器件能够更广泛地应用于中低端市场，而不仅仅局限于高端、高性能需求场景。

◎ 推动标准化与生态构建：芝能智芯通过创新材料和器件技术，或将加速复合功率器件的行业标准化进程，为上下游企业提供清晰的发展方向。

◎ 助力产业链升级：GaN 和 SiC 的联合开发可促进新型晶圆、设备与封装技术的发展，带动整个半导体产业链升级。

◎ 降低环境影响：更高效的功率器件意味着能耗的显著降低，这符合全球低碳经济的要求，同时也为芝能智芯开拓绿色能源市场奠定基础。

● 从市场角度来看，我们期待 GaN 和 SiC 复合器件能够推动整个电气化驱动行业的技术升级。

◎在电动汽车行业，这将有助于延长车辆续航里程、缩短充电时间并提高整车性能可靠性；

◎在数据中心领域，可实现更高效的电源管理，降低运营成本并提高服务器运行稳定性。

◎智能家居、工业自动化等领域也将受益于更高效、更小型化的功率器件，实现智能化设备的性能提升与能耗降低。

● 对于投资者而言，GaN 和 SiC 相关产业具有巨大的增长潜力，有望在未来成为半导体行业的重要增长点；

● 对于研究人员来说，该领域仍存在诸多基础科学问题有待探索，如进一步深入研究载流子行为、缺陷对长期可靠性的影响等，这将持续推动材料科学与半导体技术的前沿研究发展。

◎ 突破性进展：随着晶圆制造技术的提升，GaN 和 SiC 的缺陷率将进一步降低，其复合器件的成本和性能曲线有望持续优化。

◎ 市场扩展：从当前的电动汽车与数据中心市场，逐步拓展至储能系统、航空航天及国防等高端应用领域。

◎ 生态圈建设：芝能智芯或将加大与国际技术伙伴和高校研究机构的合作，以加速技术迭代并扩大行业影响力。

小结

GaN 和 SiC 的联合应用展示了电力电子技术的广阔前景，整合这两种材料的优势，不仅为行业提供了全新的解决方案，随着技术成熟度和市场需求的进一步提升，这种方法引领功率半导体领域的全新生态。