2023年2月9日，氮化鎵領(lǐng)先廠商晶通半導(dǎo)體(JTM)宣布，已于去年12月完成數(shù)千萬元人民幣天使+輪融資，投資方為半導(dǎo)體專業(yè)投資機(jī)構(gòu)富華資本(GRC)。
氮化鎵(GaN)被稱為第三代半導(dǎo)體材料，從快充器件到未來的工業(yè)電源、新能源汽車，氮化鎵市場接受度和行業(yè)景氣度正在迅速攀升，潛在市場規(guī)模有望達(dá)千億級別。
晶通半導(dǎo)體是國內(nèi)氮化鎵功率器件與驅(qū)動芯片領(lǐng)先廠商，擁有被行業(yè)專家評價為“使氮化鎵器件的性能大幅接近其理論極限”的技術(shù)，核心技術(shù)團(tuán)隊具有中國與瑞士的科研背景，并在歐美原廠擁有超過15年全產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)驗(yàn)。
目前，晶通半導(dǎo)體主要面向工業(yè)電源、消費(fèi)電子、車規(guī)級應(yīng)用，擁有包括智能氮化鎵功率開關(guān)、硅基驅(qū)動芯片等多個產(chǎn)品線，合作方覆蓋消費(fèi)類快充企業(yè)、頭部儲能充電企業(yè)、頭部汽車廠商等。
富華資本合伙人周本宜表示：“晶通半導(dǎo)體是國內(nèi)第三代半導(dǎo)體GaN產(chǎn)業(yè)的佼佼者，其核心團(tuán)隊覆蓋模擬芯片設(shè)計、器件結(jié)構(gòu)、制程工藝，除了具備國際級的研發(fā)創(chuàng)新能力，還有功率半導(dǎo)體模擬電路產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程中，最不可或缺的數(shù)十年實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)累積。富華資本很榮幸與晶通半導(dǎo)體共同合作，助力公司深化與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈及國際資源平臺的對接協(xié)同，期待晶通半導(dǎo)體把握時代機(jī)遇，未來引領(lǐng)數(shù)據(jù)中心、電動汽車、可再生能源系統(tǒng)、工業(yè)電機(jī)和消費(fèi)電子產(chǎn)品行業(yè)的變革?！?/p>
據(jù)悉，本輪融資將用于產(chǎn)品研發(fā)、市場團(tuán)隊的擴(kuò)張以及部分核心產(chǎn)品出貨。
瞄準(zhǔn)工業(yè)及車規(guī)級市場，駛?cè)氲壦{(lán)海
與傳統(tǒng)硅材料相比，氮化鎵功率器件功率輸出密度和能量轉(zhuǎn)換效率更高，可以有效降低電力電子裝置的體積和重量，具有禁帶寬度大、擊穿場強(qiáng)高、電子遷移率高抗輻射等特性。
此前在消費(fèi)電子領(lǐng)域，氮化鎵充電器在同功率下體積更小，散熱更優(yōu)，日益成為消費(fèi)電子快充器件的主流選擇，近幾年眾多終端廠商、充電器廠商密集布局，如小米、OPPO、聯(lián)想、安克創(chuàng)新等。
然而與消費(fèi)電子領(lǐng)域相比，工業(yè)領(lǐng)域?qū)Φ壠骷鉀Q方案的性能、穩(wěn)定性及可靠性的要求大幅提升，目前在國內(nèi)仍屬藍(lán)海市場，而晶通半導(dǎo)體正是選定了這一方向。
“我們的產(chǎn)品在電力電子電能變換領(lǐng)域里有非常廣泛的應(yīng)用，小到充電頭，大到電動汽車都能夠應(yīng)用，而工業(yè)領(lǐng)域是目前的側(cè)重點(diǎn)——在市場爆發(fā)背景下，我們團(tuán)隊具有深厚的工業(yè)級電源驅(qū)動研發(fā)和學(xué)術(shù)背景，工業(yè)級相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)得到驗(yàn)證，具有較高的門檻和壁壘?！眲?chuàng)始人兼CEO劉丹表示。目前其工業(yè)電源領(lǐng)域的應(yīng)用包括數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、通信等終端客戶。
晶通半導(dǎo)體擁有世界頂尖的氮化鎵科研實(shí)力，公司核心技術(shù)成員均有海外理工名校的留學(xué)背景，曾就職于Power Integrations (PI)、英飛凌、德州儀器、意法半導(dǎo)體等世界前沿的氮化鎵廠商，擁有豐富的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)。此外，公司還在氮化鎵領(lǐng)域擁有數(shù)十項核心發(fā)明專利、集成電路布圖設(shè)計專利及實(shí)用新型專利。
在技術(shù)路線上，晶通半導(dǎo)體是當(dāng)前國內(nèi)唯一面向工業(yè)級、車規(guī)級應(yīng)用，采取器件加驅(qū)動進(jìn)行共同優(yōu)化的廠商。相比消費(fèi)電子，工業(yè)級及車規(guī)級應(yīng)用難度更高，更需要采取器件加驅(qū)動共同優(yōu)化方式，以切實(shí)解決氮化鎵應(yīng)用的最大痛點(diǎn)，提高穩(wěn)定性。
目前晶通半導(dǎo)體擁有三個主要產(chǎn)品線，均為基于氮化鎵的功率器件及驅(qū)動芯片。
第一個產(chǎn)品為氮化鎵器件及氮化鎵驅(qū)動的集成方案——Smart-GaN?，即智能氮化鎵功率開關(guān)(SiP)。該產(chǎn)品具備四大核心優(yōu)勢：一是提升可靠性，解決氮化鎵應(yīng)用“炸機(jī)”問題;二是提高開關(guān)速度、效率及功率密度;三是系統(tǒng)保護(hù)監(jiān)測功能、促進(jìn)集成度提升;四是驅(qū)動集成，客戶易上手。
據(jù)悉，在商業(yè)化進(jìn)度上，目前該產(chǎn)品已跑通晶通內(nèi)部流程，正與客戶緊密地做新品開發(fā)方案，是公司的拳頭產(chǎn)品。
第二個產(chǎn)品線為硅基驅(qū)動芯片——Smart-Driver?，該驅(qū)動芯片可以驅(qū)動氮化鎵及其他類型的功率器件。與國際一線廠商生產(chǎn)的同類產(chǎn)品相比，晶通半導(dǎo)體的產(chǎn)品效率更高，目前該產(chǎn)線已有客戶成功通過驗(yàn)證，拿到了新品開發(fā)方案。
圖：晶通半導(dǎo)體研發(fā)的智能驅(qū)動平臺Smart-Driver?、智能氮化鎵平臺Smart-GaN?
第三個產(chǎn)品線是正在研發(fā)中的新型氮化鎵功率器件。該產(chǎn)品為世界首創(chuàng)，能夠前所未有地解決同類器件耐壓不足的商業(yè)化瓶頸。相比同類產(chǎn)品，該產(chǎn)品能在性能保持不變的情況下，將開關(guān)比提升100倍，同時開關(guān)損耗僅為五分之一，具有極高的性價比。
目前，公司的合作方包括頭部消費(fèi)類快充企業(yè)、頭部儲能充電企業(yè)、頭部汽車廠商等等。未來，晶通還計劃向項目周期更長的電動汽車領(lǐng)域進(jìn)發(fā)，發(fā)力車載充電器、DC-DC變換器及主驅(qū)的逆變器等。
晶通半導(dǎo)體在產(chǎn)業(yè)內(nèi)認(rèn)可度頗高，這從其各輪融資的股東名單中可見一斑。在本輪融資之前，晶通半導(dǎo)體已完成了兩輪融資，投資方均為半導(dǎo)體專業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)資本。2021年，公司獲得千萬級人民幣種子輪戰(zhàn)略融資，投資方為亞洲最大的獨(dú)立模擬芯片設(shè)計公司——矽力杰半導(dǎo)體(Silergy)。2022年初曾獲中芯聚源數(shù)千萬元獨(dú)家天使輪融資，成為中芯國際旗下中芯聚源唯一投資的氮化鎵功率器件企業(yè)。
氮化鎵時代啟航，高性能、低成本潛力巨大
自20世紀(jì)90年代末起，一些全球領(lǐng)先的科研機(jī)構(gòu)就著手研究氮化鎵材料，近幾年隨著硅基氮化鎵材料的成熟、器件設(shè)計的成熟等標(biāo)志性技術(shù)節(jié)點(diǎn)的到來，氮化鎵作為一種創(chuàng)新型的半導(dǎo)體材料逐漸走入市場。
從半導(dǎo)體的產(chǎn)品生命周期來看，尤其是涉及原材料和工藝的大變革，其產(chǎn)品周期是非常長的，常常長達(dá)三四十年。以硅基芯片為例，從20世紀(jì)80年代初IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)發(fā)明至今，IGBT仍然應(yīng)用火熱，汽車領(lǐng)域仍在探索其作為新的器件結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新應(yīng)用。
“從這個角度來看，氮化鎵真正進(jìn)入產(chǎn)品導(dǎo)入階段也就三四年的時間，從材料創(chuàng)新的角度，氮化鎵未來的產(chǎn)品應(yīng)用周期可能長達(dá)半個世紀(jì)，未來50年都會有不斷的創(chuàng)新和成長?！眲⒌ふf道。
在劉丹看來，目前氮化鎵市場整體滲透率仍不足1%，可以預(yù)見到未來有望成長到30%-40%的滲透率，在未來幾十年的周期里，氮化鎵的成長空間非常大，未來的創(chuàng)新點(diǎn)很多。
根據(jù)半導(dǎo)體分析機(jī)構(gòu)Yole發(fā)布的《2022年功率GaN》年度報告，2021年氮化鎵功率器件市場收入為1.26億美元，預(yù)計2027年將達(dá)到20億美元，2021-2027 年復(fù)合年增長率 (CAGR2021-2027) 為59%。
巨大的成本下降潛力是氮化鎵未來滲透率提升的關(guān)鍵。目前，氮化鎵的成本比硅貴一些，約為2到3倍，但由于氮化鎵自身的特性及出貨量增加，其未來成本預(yù)計將不斷走低，在數(shù)年內(nèi)與硅持平甚至更低。相比硅材料，氮化鎵的功率應(yīng)用系數(shù)比硅高出近1000倍，這具體體現(xiàn)在其電氣性能，比如耐壓高、效率高、參數(shù)損耗小，同時單個器件所占的面積小，比硅材料要小數(shù)倍。
正是氮化鎵發(fā)展的巨大潛力與廣闊前景，讓劉丹選擇離開世界頂尖功率驅(qū)動芯片設(shè)計公司PI，創(chuàng)立晶通半導(dǎo)體。
“第三代半導(dǎo)體正好處于從0到1、從1到10這么一個發(fā)展階段，而我們恰好是在這個產(chǎn)業(yè)有豐富經(jīng)驗(yàn)積累的人，我們只是順應(yīng)了時代發(fā)展的趨勢，想要抓住市場機(jī)會。我們在中國和歐洲都有扎實(shí)的核心技術(shù)團(tuán)隊，有信心、有能力做好氮化鎵的研發(fā)?！眲⒌ふf道。
圖：晶通半導(dǎo)體創(chuàng)始人兼CEO劉丹
據(jù)悉，晶通半導(dǎo)體創(chuàng)始人兼CEO劉丹畢業(yè)于愛因斯坦的母?！鹗柯?lián)邦理工大學(xué)，曾為世界頂尖功率驅(qū)動芯片設(shè)計公司PI、NXP高級芯片設(shè)計師、項目經(jīng)理，擁有15年芯片設(shè)計經(jīng)驗(yàn)。聯(lián)合創(chuàng)始人兼CSO馬俊博士擁有十余年氮化鎵器件設(shè)計制備經(jīng)驗(yàn)，曾在Nature Electronics、IEDM等期刊發(fā)表氮化鎵功率器件論文60余篇，也是Nature系列刊物上首篇氮化鎵功率器件相關(guān)論文的作者。
過去10年中，氮化鎵電力電子器件在外延技術(shù)、常關(guān)特性、動態(tài)特征等各類可靠性方面提升很快，但是在品質(zhì)因子這項基礎(chǔ)型指標(biāo)上一直停滯不前。硅基氮化鎵電力電子器件的品質(zhì)因子距離氮化鎵材料的理論極限非常遙遠(yuǎn)，成為業(yè)內(nèi)長期難以突破的方向。
晶通半導(dǎo)體在提升電子電子器件最基礎(chǔ)核心的品質(zhì)因子方面，起到了重要的作用。該團(tuán)隊所獨(dú)創(chuàng)的高壓多溝道氮化鎵技術(shù)，曾被MIT Technology Review報道稱作是“推動氮化鎵的性能朝著其極限發(fā)展”。
據(jù)悉，該技術(shù)能在獲得1200V高擊穿電壓的同時，將器件的導(dǎo)通電阻降低為典型值的約1/5，從而將硅上氮化鎵電力電子器件品質(zhì)因子的國際紀(jì)錄平均提升了3至4倍。該技術(shù)解決了兩個電子器件中基礎(chǔ)性、原理性的挑戰(zhàn)：第一，怎么降低器件的電阻，但又不損失電子的遷移率;第二，如何在低電阻的情況下實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓。
“這項工作是氮化鎵電力電子器件領(lǐng)域的重大進(jìn)步，該技術(shù)使氮化鎵器件的性能大幅接近其理論極限，且顯著地超過了現(xiàn)有的碳化硅器件?！钡夒娮悠骷I(lǐng)域著名專家，IEEE Fellow、英國布里斯托大學(xué)教授馬丁·庫博爾(Martin Kuball)在Nature Electronics 撰寫專文評論時這樣評價道。
劉丹認(rèn)為，在晶通半導(dǎo)體等氮化鎵企業(yè)的不斷研發(fā)與推進(jìn)下，氮化鎵有望在650伏電壓、10千瓦功率以下的應(yīng)用場景中大幅替代傳統(tǒng)的硅器件。并且，相較于同屬第三代半導(dǎo)體核心材料的碳化硅，氮化鎵在該場景中的應(yīng)用潛力更高，氮化鎵不僅在開關(guān)頻率、功率頻率及效率上略勝一籌，而且在成本上，盡管目前二者成本相當(dāng)，但未來氮化鎵價格下降速度將遠(yuǎn)超碳化硅，是更理想的材料。
氮化鎵材料將為半導(dǎo)體領(lǐng)域帶來翻天覆地的變化
從市場應(yīng)用來看，氮化鎵主要應(yīng)用包括手機(jī)充電頭、工業(yè)電源、電動汽車的電子功率器件等領(lǐng)域。
其中，目前應(yīng)用最多的是消費(fèi)電子中的手機(jī)快充領(lǐng)域，當(dāng)?shù)壒β势骷?yīng)用于手機(jī)快充頭時，不僅令快充頭體積變得更輕便，還同時提升了充電效率、減少電能損耗。目前，包括華米OV等手機(jī)廠商及安克創(chuàng)新、倍思等充電器品牌均已入局開發(fā)氮化鎵快充充電器。
在工業(yè)電源及車規(guī)級等對于氮化鎵產(chǎn)品的技術(shù)要求更高的領(lǐng)域，氮化鎵的應(yīng)用也在快速爆發(fā)。
在工業(yè)電源領(lǐng)域，包括充電樁、儲能、數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、通信等終端客戶已開始使用氮化鎵器件。疫情導(dǎo)致的遠(yuǎn)程工作比例提高，數(shù)據(jù)中心處理的數(shù)據(jù)量有大幅增長，要更強(qiáng)調(diào)能源效率才能滿足需求，更小的電源才可以讓每個機(jī)架中放入更多的服務(wù)器，晶通半導(dǎo)體與多家充電樁、儲能頭部企業(yè)展開項目合作，樣品已在客戶端通過功能驗(yàn)證及可靠性測試。據(jù)悉，晶通半導(dǎo)體的產(chǎn)品通過了客戶嚴(yán)苛環(huán)境下的上機(jī)老化試驗(yàn)，并且熱性能優(yōu)于國際一線品牌同類產(chǎn)品。
在新能源汽車領(lǐng)域，利用氮化鎵可以將汽車的車載充電器、DC-DC轉(zhuǎn)換器及主區(qū)逆變器做得更小更輕，從而有空間放入更多的鋰電池，提升整車?yán)m(xù)航里程，包括特斯拉、豐田等車廠已經(jīng)率先試水相關(guān)應(yīng)用。
劉丹透露，目前晶通半導(dǎo)體的研發(fā)團(tuán)隊主要位于中國深圳及瑞士兩地，“瑞士周邊匯聚了世界最頂級的功率半導(dǎo)體公司，我們連接了‘歐洲硅谷’與‘中國制造與創(chuàng)新中心’?！?023年，晶通半導(dǎo)體還將繼續(xù)推動產(chǎn)品在更大范圍內(nèi)落地，計劃在中國長三角、粵港澳大灣區(qū)及中南地區(qū)建立運(yùn)營中心，進(jìn)行產(chǎn)品的研發(fā)、測試、市場銷售。
回顧歷史，自上世紀(jì)50年代集成電路誕生以來，半導(dǎo)體原材料分別經(jīng)歷了以硅(Si)、鍺(Ge)為代表的第一代材料;以砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)等化合物為代表的第二代材料。如今，以氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)、硒化鋅(ZnSe)等寬帶半導(dǎo)體原料為主的第三代材料登上歷史舞臺。
此前，第二代半導(dǎo)體材料的應(yīng)用范圍相對狹小，尚未大規(guī)模地向硅材料發(fā)起挑戰(zhàn)，這是因?yàn)楣璨牧显跀?shù)字電路方面的成本優(yōu)勢無法被替代。然而，以氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體材料在軍工、射頻等抗輻射領(lǐng)域具有運(yùn)用優(yōu)勢，目前中美部分軍艦及戰(zhàn)斗機(jī)已經(jīng)運(yùn)用了氮化鎵為核心器件的雷達(dá)，衛(wèi)星通訊領(lǐng)域也應(yīng)用了氮化鎵功率放大器。因此，無論從功率、射頻抑或數(shù)字角度而言，氮化鎵的價值都不言而喻。
目前，氮化鎵已被列入“十四五”規(guī)劃等國家戰(zhàn)略，有望引領(lǐng)傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的變革，在功率和射頻領(lǐng)域全面取代硅材料。
未來，氮化鎵材料將為半導(dǎo)體領(lǐng)域帶來翻天覆地的變化，而晶通半導(dǎo)體很可能成為其中的重要推動力之一。
