芯生代：GaN成本降低70%，加速开拓大功率市场

回首2023，碳化硅和氮化镓行业取得了哪些进步？出现了哪些变化？2024将迎来哪些新机遇和新挑战？为更好地解读产业格局，探索未来的前进方向，行家说三代半、行家极光奖联合策划了《行家瞭望——2024，火力全开》专题报道。

本期嘉宾是芯生代董事长/首席科学家 钟蓉 。钟董在访谈中分享了很多干货：

● 芯生代拥有独特的零缺陷薄膜制备技术，可显著提高GaN外延层各层薄膜生长的质量。

● 5㎛厚度的6英寸GaN-on-Si外延片，垂直击穿电压超过800V、器件的电流密度超过100mA/mm、漏电流控制到了10nA以下，成功实现了进口替代。

● 芯生代在降本增效取得了长足发展，通过技术提供得以将产品成本降低70%。

● 大功率是GaN的优势和重点，芯生代全力开拓数据、光储充、电动汽车等市场。

专注研发高电压、大电流GaN外延

拥有独特制备技术 良品率达99%以上

行家说三代半：过去一年，贵公司主要做了哪些关键性工作？

钟蓉：芯生代作为氮化镓领域的新进公司，自公司成立以来始终以实现“核心技术突破”和“产业战略引领”为使命，向客户提供品质一流、可靠性优异的GaN-on-Si外延片，推动GaN产品早日走入千家万户，创造第三代半导体行业的“芯生代”。

在过去的一年，芯生代以研发高电压、大电流的硅衬底氮化镓器件用外延片为目标，在2023年6月完成6英寸GaN HEMT D-mode外延产品的研发。经过流片验证，不仅能够满足800V高压平台的性能要求，而且器件的电流密度超过100mA/mm，其他各项性能指标参数均超过市售产品并达到国际领先水平，成为国内极少数能够真正独立研发氮化镓高电压外延的团队。与此同时，公司与多家下游厂商达成合作，将于2024年实现产品的批量交付。

行家说三代半：2023 年贵公司取得了哪些成绩？你们实现增长的战略是什么？

钟蓉：作为一家成立不久的初创企业，芯生代在过去一年里将技术研发作为工作的重中之重，在氮化镓外延领域做到了：

● 利用独有的零缺陷薄膜制备技术，显著提高了外延层各层薄膜生长的质量，并通过自主研发的高电压控制技术，实现了氮化镓850V系列外延片的高电压、高稳定性和高开关特性，意味着氮化镓器件在800伏电驱或其他高压应用上将发挥重要作用。

图1 5㎛GaN-on-Si外延片的垂直击穿电压为850V，漏电流小于10nA

● 利用独有的厚度零缺陷薄膜制备技术，显著提高了外延层各层薄膜生长的质量，并通过自主研发的高电流控制技术，实现了氮化镓外延片的高工作电流、低漏电流和高阈值电压，意味着氮化镓器件将成为低电压工作场景下解决大功率的重要甚至是唯一手段，与碳化硅器件、传统硅器件进行组合使用，将实现全面覆盖大功率器件的应用，充分发挥第三代半导体的优势特性。

图2 GaN-on-Si功率器件的电流密度超过100mA/mm

● 制备出的6英寸GaN-on-Si外延片镜面效果优异，覆盖率达100%，良品率99%以上，半峰宽稳定在450-550arcsec，电压可以达到850V以上，电流密度高达100mA/mm，成功实现了进口替代。

● 由于新的方法在成本控制方面有显著的优势，该成果还能将制备成本降低到原来的30%，进一步拓展了氮化镓器件在工业领域的应用。

应用市场、技术、产业链均获突破

芯生代外延技术已达国际领先水平

行家说三代半：您认为 2023 年整个行业取得了哪些新的进步（包括市场、技术等）？

钟蓉：（1） 市场应用领域的扩大

氮化镓作为一种宽禁带半导体材料，具有高频率、高效率、高功率等优点，因此在5G通信、卫星通信、电动汽车、高铁、航空航天等领域有着广泛的应用前景。随着技术的不断进步和应用市场的不断扩大，氮化镓的应用领域也在不断扩展，为整个行业的发展带来了更多的机遇。

一些下游头部企业已经率先立项，计划使用GaN替代原有器件，并愿意去探索新的应用场景，这对今后整个第三代半导体行业的发展都是强有力的支撑。由上游供应商强力推行先进技术迫使下游客户适应改变这样的游戏规则，比较适用于像苹果、Meta、微软这样的超级供应商versus小微客户，而并不适用于第三代半导体供应商versus下游超级客户，之前GaN的商业推进总是以后者这种商业模式进行产业推进，导致整个行业举步维艰，甚至很多上游企业不得不经历长期的行业低谷。由重量级下游客户先找到市场，才能保证中上游供应商研发投入能够产生良好的商业回报，这也是行业即将进入良性发展的重要信号。

（2）技术创新和突破

在GaN的研究和开发方面，2023年也取得了不少技术创新和突破。例如，GaN单晶衬底在不断优化和提高质量的同时，其制备成本也在逐步降低，这为GaN的大规模生产和应用提供了更好的条件。此外，GaN器件的效率和可靠性也在不断提高，为GaN在各领域的应用提供了更好的保障。

对于GaN-on-Si外延片技术而言，我认为芯生代做出的技术创新和突破是非常重要的，例如5㎛厚度做到了垂直击穿电压超过800V、器件的电流密度超过100mA/mm、漏电流控制到了10nA以下等参数，这都意味着芯生代的GaN外延片技术已经做到了国际领先水平。我们也希望国内半导体流片厂能够尽快解决6英寸GaN-on-Si的产能问题，并且下游的终端客户能够开发出更多的创新应用，整个产业链实现真正的紧密配合和共同进步，一起为即将到来的半导体技术革新做好准备工作，以期为中国在未来全球半导体格局中争取一席之地。

（3）产业链的完善

随着氮化镓市场的不断扩大和技术进步的加快，氮化镓产业链也在逐步完善。国内外越来越多的企业开始涉足氮化镓产业，从原材料的供应、设备制造、氮化镓器件的研发到应用领域的推广等各方面都在加强，形成了较为完整的产业链条。

然而，国内的衬底、特气、封装环节相对成熟，而关键设备厂商、外延片、流片环节相对薄弱。与国外相比，无论是国家投入还是资本市场投入都相对缺乏高科技领域的经验，其技术和商业的评判系统都采用了传统行业的经典模式，因此呈现一窝蜂、年度热/冷等不理智特性，长效机制极度缺乏也造成了大量企业困局，使得整个产业链的发展严重失衡。幸运的是，大量的前辈和同行前赴后继，2023年我们已经看到了GaN产业链在未来1-2年内可以整合完成的希望，中国仍然有望抓住发展的窗口末期，跻身三代半强国行列。

芯生代GaN外延片成本已降70%

5大举措应对行业“恶性竞争”

行家说三代半：在降本增效方面，2023 年最值得关注和重视的新变化是什么？

钟蓉：在过去的一年里，氮化镓领域在降本增效取得了长足发展。一是由于外延技术的不断突破，在氮化镓外延片的生产成本大幅降低，从而不断接近硅的成本。其中，芯生代通过技术提供得以将成本降低了70%，这不仅有助于提高氮化镓器件的市场竞争力，还可能推动其在更多应用场景中的广泛应用。

行家说三代半：成本是把双刃剑，行业规模化发展需要接近硅器件的低成本，但也要防止被低价所反噬，您如何看待行业的低价和同质化竞争？贵公司有哪些好的做法和建议？

钟蓉：GaN行业还未真正进入低价和同质化竞争阶段，事实上由于技术还不成熟、产业链综合良品率极低等因素，目前GaN的性价比非常低，这也是行业发展缓慢和市场评价差的根本原因。2023年的价格变动和行业竞争，只是一种向正常商业化的逐渐回归现象。

另外，针对氮化镓行业的未来可能遭遇的低价和同质化竞争，需要从多个角度进行思考和应对。首先，低价和同质化竞争可能会降低行业的整体利润水平，甚至可能导致一些企业的亏损。这不仅会影响企业的盈利能力，还可能对企业的长期发展产生负面影响。因此，企业需要认真考虑如何在这种竞争环境中保持自己的竞争优势和盈利能力。其次，低价和同质化竞争也可能会催生更多的创新。为了在竞争中获得优势，企业需要不断推出更具创新性和差异化的产品或服务。这不仅可以满足消费者的需求，还可以帮助企业在竞争中脱颖而出。针对这种竞争环境，可以考虑以下几点做法和建议：

1.加大研发投入，不断推出创新产品或服务，以差异化和专业化来提升竞争力；

2. 严格控制成本，通过优化生产流程、降低采购成本等方式来提高盈利能力；

3.加强品牌建设，提升品牌知名度和美誉度，从而吸引更多的客户；

4.与合作伙伴建立良好的合作关系，共同开拓市场，实现共赢；

5.积极参与行业标准和规范制定，推动行业健康发展。

综上，行业规模化发展需要接近硅器件的低成本，但也要防止被低价所反噬。企业需要认真考虑如何在竞争环境中保持自己的竞争优势和盈利能力。通过加大研发投入、控制成本、加强品牌建设、建立合作伙伴关系以及参与行业标准和规范制定等措施，可以帮助企业在竞争中获得优势并实现可持续发展。

大功率是GaN的优势和重点

芯生代4大措施开拓市场

行家说三代半：经过前些年的铺垫，SiC / GaN 技术目前在许多应用场景都很活跃，展望 2024 年，您认为行业最大的机会在哪里？贵公司将如何开拓这些市场？

钟蓉：低功率产品是氮化镓产业的起点，但大功率却是氮化镓的优势和重点所在，符合技术进步和市场发展趋势。而在未来数年的时间里，氮化镓功率器件的应用场景将从已处于红海竞争中的低功率消费电子向中大功率储能、家电、电动工具等消费电子拓展，并逐步向ICT（通讯基站、服务器/区块链）、工控、新能源、光伏、电力等工业场景延伸，经济效益和市场潜力不容小觑。大功率氮化镓产品的应用和发展，对于提升能源使用效率、推现碳中和碳达峰，具有极高的社会价值。2024年我认为将是高功率氮化镓的元年，实现大功率的途径主要有两种，一是提高电压，二是增大工作电流。在今年我们将会看到越来越多的企业推出高电压、应用于高功率领域的氮化镓产品，这使得氮化镓会在新能源、光伏、电力等工业领域崭露头角。

为了开拓这些市场，我们认为需要采取以下策略：

1. 加强研发与创新：我们将继续投资于GaN技术的研发与创新，以满足不同应用场景的需求。需要不断推出新的产品和技术，以提高效率、降低成本并减小尺寸。

2. 建立合作伙伴关系：我们将与产业链上的合作伙伴建立紧密的合作关系，共同推动GaN技术的应用和发展。我们将与设备制造商、芯片开发商和系统集成商等开展合作，共同开发出更高效、更可靠的解决方案。

3. 提高市场意识：我们将加大市场宣传力度，提高客户和合作伙伴对GaN技术的认识和了解。我们将举办技术研讨会、产品发布会等活动，与业界分享我们的最新成果和创新经验。

4. 优化销售与服务网络：我们将扩大销售和服务网络，以便更好地满足客户的需求。但是，一切市场策略都是紧密围绕和满足客户需求，芯片也是一个高度定制化行业，因此我们将增加采取“销售+技术”捆绑模式，为客户量身定制方案，提供专业、无缝、高效的服务。

数据、光储充、电动汽车等

芯生代加速拓展GaN应用市场

行家说三代半：未来几年，整个行业将面临的挑战有哪些？贵公司将如何面对并解决挑战？

钟蓉：未来几年，整个氮化镓行业将面临以下挑战：

1. 技术成熟度：氮化镓技术虽然已经取得了一些进展，但仍处于发展阶段，需要进一步提高技术成熟度，解决生产成本高、可靠性不稳定等问题。

2. 市场需求：氮化镓器件具有高频率、高效率和高功率密度等优点，但目前市场渗透率较低，需要进一步拓展应用领域，提高市场需求。

3. 产能和供应链：氮化镓行业需要大规模生产和供应链支持，但目前全球氮化镓产能有限，供应链也不够完善，这将给行业带来很大的挑战；同时也要谨防大上特上、某个节点产能井喷从而导致结构性产能过剩等问题。

4. 竞争格局：随着氮化镓技术的不断发展，竞争也将越来越激烈。国内外企业都在加速布局氮化镓市场，需要加强技术创新和品牌建设，提高竞争力。

针对这些挑战，芯生代将采取以下措施：

1. 加强技术研发和创新：芯生代相信技术发展是最好的竞争利器，我们将不断推进氮化镓技术的研发和创新，提高技术成熟度和可靠性，降低生产成本，为市场拓展提供有力支持。

2. 拓展应用领域：积极对接下游客户，探索氮化镓器件在各个领域的应用，特别是高频率、高效率和高功率密度等应用领域，提高市场需求。

3. 加强产能和供应链建设：根据市场需求扩大氮化镓产能，充分与上下游企业合作从而完善供应链体系，确保规模化生产和供货的稳定性和可靠性。

4. 提高竞争力：加强品牌建设和市场营销，提高氮化镓产品的知名度和美誉度；加强与国内外企业的合作和交流，共同推动氮化镓行业的发展。

行家说三代半：2024 年，贵司定下来了哪些规划和目标？

钟蓉：在2024年，芯生代在氮化镓领域的规划和目标可能包括以下几个方面：首先，鉴于有限的产能且产能提升需要较长的周期，芯生代将根据客户提出的应用场景，优先开发和供应稀缺程度最高、难度最大的产品，避免恶性商业竞争和浪费先进生产力，促进行业的健康发展。其次，芯生代将积极推动自有外延产品和技术的不断进步，陆续发布1200V、1500V高压平台的氮化镓外延产品，主要推出D-mode产品，并适时适量公布技术细节，以便下游客户更高效地开发新应用。最后，芯生代将开发和验证可用于高电压的新型E-mode产品。

随着氮化镓的应用领域从手机快充快速扩展到数据中心、通信电源、光伏逆变器及电动车领域，新能源汽车、光伏以及储能的高速发展为氮化镓在大功率场景应用铺平了道路。因此，芯生代会进一步探索这些新兴领域，并将氮化镓低损耗的特性引入相关产品，拓展氮化镓的应用领域。

---本文转载自行家说三代半公众号