【導讀】從GaN的細分市場出發，簡要剖析GaN技術路線的應用情況及未來的市場發展前景。
市場現狀
GaN功率電子器件國際市場規模超過1100萬美元
根據Yole公布的數據，GaN功率電子器件2018年的國際市場總規模約為1100萬美元。其中GaN在電源設備方面的市場應用占到了GaN市場規模的55%，激光雷達占到了26%的市場份額，其他如無線電源、（無線網絡）包絡跟蹤技術、光伏逆變器等市場也有少量應用。
未來五年內，氮化鎵功率電子器件的市場將由以下五大應用牽引：目前滲透率較大的（小型）電源設備以及無線電源，滲透率中等的數據存儲中心、未來有較大可能的市場可能的新能源汽車以及（汽車）激光雷達等。
圖表 1 2018年GaN功率器件國際市場分布情況
數據來源：Yole
GaN功率電子器件國內市場規模1.2億
目前，功率器件在國內的應用市場尚未完全打開，2018年的國內市場總規模約為1.2億元人民幣。其中GaN在電源設備市場規模約為0.6億元人民幣，激光雷達市場的規模約為0.27億元人民幣，與國際市場情況類似，其他如無線電源、（無線網絡）包絡跟蹤技術、光伏逆變器等市場逐漸開始有少量應用。
未來發展預測
GaN電力電子器件增速迅猛
GaN電力電子市場發展迅猛，未來市場空間巨大。根據Yole數據的預測，在市場樂觀預期下，2023年GaN功率電子的市場規模將達到4.24億美元。
隨著GaN技術的快速發展，使得GaN功率器件性能指標的逐年提升：更快、更小、更輕，已經成為了Si 基 MOSFET有力競爭者。已經有一些公司在部分應用領域愿意采用GaN器件。
另一方面，除性能以外，價格成本優勢也是GaN功率電子器件在消費類產品市場突破的重要因素。據IHS Markit預測，到2020年GaN功率電子晶體管在同等性能的情況下，將會達到與Si MOSFET和IGBT持平的價格。而相對價格較高的SiC MOSFET，GaN功率電子器件有可能憑借成本優勢，成為2020年代后期逆變器中的首選。
消費電子是主要驅動，新興應用未來可期
從細分市場來看，消費類電子將是前期主要的應用領域，后期激光雷達、數據存儲及新能源汽車等新興市場將成為主要驅動。
GaN電力電子器件方面典型應用市場是電源設備。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，加之可承受電壓要低于SiC器件，所以GaN電力電子器件更適合高頻率、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。
消費類電源市場將加速GaN無線充電技術的應用
無線感應充電的主要應用主要集中在消費類電器、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，消費類電源將成為GaN無線感應充電市場的主要驅動力——GaN功率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。
目前設備中的感應充電器實際上是傳統的磁感線圈，并沒有采用GaN，工作頻率是100至300KHz,并使用E、F及S類放大器的轉換器拓撲，其工作頻率很低，充電速度較慢。在更高的頻率下，傳統的Si基功率晶體管的開關性能已接近它的極限，而GaN場效應晶體管在這個更高的頻率下則可以提供更高效率。
GaN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。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，而要實現無線充電方案的最大挑戰是放大器的設計，基于GaN功率晶體管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功率電子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。一旦GaN高頻充電技術成熟，各大移動設備廠商將大量采用GaN功率晶體管，2023年的市場規模將達到1.7億美元。
新能源汽車市場上已經有寶馬等中高端汽車廠商推出了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，且為了將接收器更好地集成在車輛中，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電力電子在移動電源市場的應用將持續加速
目前已經有大型的公司開始在移動電源設備上采用GaN。該應用技術難度不大，因此應用的發展速度很快。目前該領域是GaN功率電子最大的市場。Yole預測，未來五年的年均增速將達到81%，2023年將帶來超過1.74億美元的市場。2018年， GaN IC廠商Navitas和Exagan推出了帶有集成GaN解決方案（GaNFast?）的45W快速充電電源適配器，此45W充電器與Apple USB-C充電器相比，兩者功率相差不大，但是體積上完全是不同的級別，內置GaN充電器比蘋果充電器體積減少40%。目前來看，采用GaN材料的快速充電器已成星火燎原之勢，有望成為行業主流。
圖表 2 GaN移動電源產品相關進展
新能源汽車市場及其他新興市場是未來中長期的發展領域
GaN可用于48V DC/DC以及OBC(On board charger 車載充電機)。據Yole的預測，2023年該領域的市場規模將達到2500萬美元。新能源汽車無疑是電力電子設備市場的主要驅動力，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功率器件在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功率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功率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。但截至2018年，盡管GaN技術前景廣闊，但現實情況并不樂觀。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功率器件也將在如新能源汽車等領域與GaN功率器件的形成直接的競爭。在這種情況下，GaN功率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，（汽車）激光雷達、數據存儲中心、包絡追蹤等應用都是GaN功率器件新興的應用市場，基于GaN功率器件的性能優越性，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功率器件。因此GaN功率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。
