隨著GaN技術的快速發展，使得GaN電力電子器件已經成為了Si基MOSFET有力競爭者。另一方面，除性能以外，價格成本的迅速下降也是GaN電力電子器件在消費類電源產品市場突破的重要因素。

同時，無線充電、新能源汽車、激光雷達等新興市場的影響力也不容小覷。
 

功率半導體由功率分立器件、功率模組和功率集成電路三部份組成，是用于電源電路和功率控制電路的主體產品。主要得益于4C產業的迅速發展，功率半導體需求十分旺盛，任何電子、機電設備都需要電源電路，且都要對被控對象的功率進行一定控制。
 

功率半導體經過半世紀的發展現已種類繁多，主要有雙極型功率器件、二極管、可控硅、微波功率器件、功率驅動電路、MOSFET、IGBT及功率集成電路（PIC）等。在生產制造技術上采用大規模集成電路的制造工藝，線寬為0.8～0.5μm，最小達到0.35μm。
 

據 Omdia 預測，2020年全球功率半導體市場規模約430億美元，至2024年將達到525億美元，復合增速約為5%。其中分立器件的市場規模約158億美元左右，約占整個功率半導體市場的三分之一。

各種硅基功率器件發展到現在，各種參數已經達到或者接近理論值，在此基礎上，以GaN、SiC為代表的第三代半導體開始引起重視。目前，第三代半導體材料主要用來制作功率分立器件，又稱電力電子器件。
 

第三代半導體電力電子器件市場成長空間廣闊。據 Yole數據預測，第三代半導體電力電子器件（包括SiC和GaN）在2021年達到近10億美元，受益于新能源汽車、電力和光伏（PV）逆變器等方面的需求增長，近十年（2018-2027年），全球寬禁帶半導體電力電子市場將進入騰飛階段，年均增速接近45%，這意味著2027年其市場規模將達到100億美元。其中GaN電力電子器件2027年的國際市場總規模將接近59億美元。

GaN電力電子市場發展迅猛，未來市場空間巨大。Yole預計到2025年GaN電力電子器件市場預計將超過15億美元。其中在電源設備方面的市場應用占到了GaN電力電子器件市場規模的一半以上。GaN電力電子器件最典型應用是電源設備(包括工業級不間斷電源UPS和消費類電源)。由于結構中包含可以實現高速性能的異質結二維電子氣，GaN器件相比于SiC器件擁有更高的工作頻率，加之其最低閾值電壓要低于SiC器件，所以GaN電力電子器件更適合對高頻率、小體積、成本敏感、功率要求低的電源領域，如輕量化的消費電子電源適配器、無人機用超輕電源、無線充電設備等。

 

未來五年內，GaN電力電子器件的市場將由以下幾大應用牽引：目前滲透率較大的工業級不間斷電源UPS、包絡追蹤，滲透率中等的（小型）消費類電源設備、光伏及儲能，未來有較大可能的無線充電、電源新能源汽車以及（汽車）高頻激光雷達等。
 

隨著GaN技術的快速發展，使得GaN電力電子器件已經成為了Si基MOSFET有力競爭者。另一方面，除性能以外，價格成本的迅速下降也是GaN電力電子器件在消費類電源產品市場突破的重要因素。
 

4.消費類電源市場將成為GaN電力電子市場最大的推動力

 

消費電子市場對電源產品的小型化、快速化以及低發熱量有強烈的需求，這成為GaN器件在消費類電源市場的主要驅動力。GaN電力電子的尺寸非常細小及纖薄，這種特性對于消費類電源尤其是移動設備等產品來說十分有利。

基于GaN電力電子器件性能的優越性，最早找到突破口的市場是手機充電頭，便攜的快速充電設備逐步深入人心。從手機出發，逐步覆蓋到平板電腦、筆記本電腦、顯示器、電動工具、IoT設備等市場。
 

從2018年開始，GaN技術開始在快充產品中應用，并在隨后的兩年中迅速成為主流，引領了快充市場新風向。據不完全統計，目前為止,國內外至少有60家生產制造GaN快充產品的廠商，可提供的GaN PD快充產品超過100款，無論是從廠家數量還是產品種類方面相比2019年底都有了翻倍的增長。市面上GaN快充產品大部分功率在30W-100W，能滿足大部分的手機、平板電腦的充電功率需求。
 

GaN電力電子器件具有更高的功率密度，采用GaN的充電器體積小（僅為原來的1/4）、重量輕、轉換效率高、發熱低、安全性強，較普通充電器有顯著優勢。根據內部電路架構的不同，約使用1-2顆的GaN電力電子器件，平均轉換效率約能達到90%左右。
 

GaN電力電子器件目前雖然被大眾熟知的基本只有快充領域，但實際上其早就在工業電源領域有了一定的應用，但之前由于成本偏高，在消費領域沒有太多推廣。隨著GaN-on-Si電力電子器件成本的下降，下游應用廠家及配套企業開始積極布局GaN快充市場。但隨著近兩年來國內外產線產能的不斷擴大，制造技術的逐漸成熟，GaN電力電子器件的成本已經達到了廠商采購的甜蜜點。從IDM廠商給出的生產成本來看，目前GaN電力電子器件成本已經接近Si。
 

據Gartner數據，全球智能設備年均新增出貨量超 20 億臺，隨著GaN在該市場的滲透提速，未來幾年消費類電源快充市場將成為GaN電力電子最大的推動力。
 

不僅僅是手機快充，GaN未來幾乎可以應用于所有的消費類電源模塊市場，如白家電、3c產品，可以想象到未來市場有多么巨大。
 

目前，國際已經有電腦廠家在新推出的新品電腦中，標配了內置GaN功率芯片電腦電源適配器；國內已經有手機廠家在量產內置GaN功率芯片的產品；據了解，OLED為了追求更輕薄的尺寸，也有廠商在考慮采用GaN電力電子器件。
 

另外很多半導體器件IDM巨頭企業都對GaN關注已久，希望通過快充市場的帶動作用，加速推動下游企業的對GaN的采用，從而正向刺激上、中游市場在產量和技術方面進步，使得GaN材料的市場化進程更進一步。
 

無線感應充電主要應用集中在消費類電器、新能源汽車以及工業電源三大領域。就目前的技術發展情況來看，消費類電源同樣將成為GaN無線感應充電市場的市場切入點。
 

目前設備中的感應充電器沒有使用GaN電力電子器件，采用的是傳統的磁感線圈技術，工作頻率在100至300KHz，并使用E、F及S類放大器的轉換器拓撲。這種方法其工作頻率很低，充電速度較慢，且隨著距離的增加，效率會急劇下降。近來業界團體如消費電子協會及無線感應充電聯盟(A4WP)提出無線充電系統需要一個更高的頻率標準(6.78 MHz)，在更高的頻率下，傳統的Si基MOSFET的開關性能已接近它的極限，而GaN電力電子器件則可以滿足使用需求，并提供更高的使用效率。
 

GaN被視為推動無線感應高頻充電方案的電力傳送的技術，因為這種無線充電方案具備可以在高頻、高壓及高功率下工作的性能。這種無線感應充電傳送通過諧振式耦合線圈驅動以增強電源傳送性能，要實現這種無線 充電方案的最大挑戰是放大器的設計，而基于GaN電力電子器件的放大器拓撲是最佳的無線感應充電傳送解決方案。由于GaN場效應晶體管具備低電容、零反向恢復及低導通阻抗等優勢，因此可確保低功耗，從而提高放大器的效率及確保低電 磁干擾。因此無線感應充電市場是GaN電力電子在未來的應用中最為看好的市場之一，但目前由于GaN的技術不成熟、可靠性問題和高昂的成本，GaN在無線感應充電充電領域中的滲透有限。
 

現階段大型移動設備廠商（如蘋果、華為、三星等）一直在研發高頻無線感應充電產品來提升移動產品的無線充電性能。一旦GaN高頻無線充電技術成熟之后，各大移動設備廠商將大量采用GaN電力電子器件，GaN電力電子器件年均增速將超過200%。
 

新能源汽車市場上已經有寶馬等中高端汽車廠商早在2018年就開始嘗試配備集成無線感應充電系統的新能源汽車，但由于目前的充電效率有待提升，且造價也相對較高，因此新能源汽車中的無線感應充電有望成為未來高端電動車的一種選擇。

 

 

GaN可用于48V DC/DC以及OBC(On board charger 車載充電機)。新能源汽車無疑是電力電子器件市場的主要驅動力，也是不同技術路線（Si、SiC和GaN）的主要爭奪市場。
 

從技術上而言，GaN電力電子器件在48V的混合動力汽車領域將擁有較強的競爭力，SiC更適合大功率主逆變器，Si基GaN電力電子技術更適合小功率DC/DC和AC/DC轉換器。預計到2025年，大部分的輕型車將采用48V逆變器。
 

同時GaN電力電子器件也可用于車載充電器（OBC）。目前部分企業正在設計與SiC與GaN兼容的OBC解決方案，一旦GaN技術達到了企業的技術和成本目標，GaN在新能源汽車OBC上的使用可能性將會大大提升。
 

但目前為止盡管GaN技術前景廣闊，但在新能源汽車上的應用現實情況并不樂觀。必須指出的是，由于在新能源汽車的應用中，對器件穩定性和可靠性的要求非常高，需要長時間的質量認證過程，在此過程中需要投入大量的研發經費；而SiC電力電子器件也將在如新能源汽車等領域與GaN電力電子器件的形成直接的競爭。在這種情況下，GaN電力電子器件在新能源汽車領域的應用發展可能還需要較長時間。
 

另外，高頻激光雷達、包絡追蹤等應用都是GaN電力電子器件新興的應用市場，基于GaN電力電子器件的性能優越性，未來市場預期較好，據Yole的預測，上述應用市場在未來5年的年均增速超過65%，部分廠商會已經在高端設備上采用GaN電力電子器件。因此GaN電力電子器件未來的市場發展情況除了受到現有的既定市場的影響之外，新興市場的影響力也不容小覷。