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2023年2月9日，氮化镓领先厂商晶通半导体(JTM)宣布，已于去年12月完成数千万元人民币天使+轮融资，投资方为半导体专业投资机构富华资本(GRC)。氮化镓(GaN)被称为第三代半导体材料，从快充器件到未来的工业电源、新能源汽车，氮化镓市场接受度和行业景气度正在迅速攀升，潜在市场规模有望达千亿级别。晶通半导体是国内氮化镓功率器件与驱动芯片领先厂商，拥有被行业专家评价为“使氮化镓器件的性能大幅接近其理论极限”的技术，核心技术团队具有中国与瑞士的科研背景，并在欧美原厂拥有超过15年全产业链经验。目前，晶通半导体主要面向工业电源、消费电子、车规级应用，拥有包括智能氮化镓功率开关、硅基驱动芯片等多个产品线，合作方覆盖消费类快充企业、头部储能充电企业、头部汽车厂商等。富华资本合伙人周本宜表示：“晶通半导体是国内第三代半导体GaN产业的佼佼者，其核心团队覆盖模拟芯片设计、器件结构、制程工艺，除了具备国际级的研发创新能力，还有功率半导体模拟电路产品实现过程中，最不可或缺的数十年实务经验累积。富华资本很荣幸与晶通半导体共同合作，助力公司深化与半导体产业链及国际资源平台的对接协同，期待晶通半导体把握时代机遇，未来引领数据中心、电动汽车、可再生能源系统、工业电机和消费电子产品行业的变革。”据悉，本轮融资将用于产品研发、市场团队的扩张以及部分核心产品出货。瞄准工业及车规级市场，驶入氮化镓蓝海与传统硅材料相比，氮化镓功率器件功率输出密度和能量转换效率更高，可以有效降低电力电子装置的体积和重量，具有禁带宽度大、击穿场强高、电子迁移率高抗辐射等特性。此前在消费电子领域，氮化镓充电器在同功率下体积更小，散热更优，日益成为消费电子快充器件的主流选择，近几年众多终端厂商、充电器厂商密集布局，如小米、OPPO、联想、安克创新等。然而与消费电子领域相比，工业领域对氮化镓器件解决方案的性能、稳定性及可靠性的要求大幅提升，目前在国内仍属蓝海市场，而晶通半导体正是选定了这一方向。“我们的产品在电力电子电能变换领域里有非常广泛的应用，小到充电头，大到电动汽车都能够应用，而工业领域是目前的侧重点——在市场爆发背景下，我们团队具有深厚的工业级电源驱动研发和学术背景，工业级相关产品已经得到验证，具有较高的门槛和壁垒。”创始人兼CEO刘丹表示。目前其工业电源领域的应用包括数据中心、服务器、通信等终端客户。晶通半导体拥有世界顶尖的氮化镓科研实力，公司核心技术成员均有海外理工名校的留学背景，曾就职于Power Integrations (PI)、英飞凌、德州仪器、意法半导体等世界前沿的氮化镓厂商，拥有丰富的产业化经验。此外，公司还在氮化镓领域拥有数十项核心发明专利、集成电路布图设计专利及实用新型专利。在技术路线上，晶通半导体是当前国内唯一面向工业级、车规级应用，采取器件加驱动进行共同优化的厂商。相比消费电子，工业级及车规级应用难度更高，更需要采取器件加驱动共同优化方式，以切实解决氮化镓应用的最大痛点，提高稳定性。目前晶通半导体拥有三个主要产品线，均为基于氮化镓的功率器件及驱动芯片。第一个产品为氮化镓器件及氮化镓驱动的集成方案——Smart-GaN?，即智能氮化镓功率开关(SiP)。该产品具备四大核心优势：一是提升可靠性，解决氮化镓应用“炸机”问题;二是提高开关速度、效率及功率密度;三是系统保护监测功能、促进集成度提升;四是驱动集成，客户易上手。据悉，在商业化进度上，目前该产品已跑通晶通内部流程，正与客户紧密地做新品开发方案，是公司的拳头产品。第二个产品线为硅基驱动芯片——Smart-Driver?，该驱动芯片可以驱动氮化镓及其他类型的功率器件。与国际一线厂商生产的同类产品相比，晶通半导体的产品效率更高，目前该产线已有客户成功通过验证，拿到了新品开发方案。图：晶通半导体研发的智能驱动平台Smart-Driver?、智能氮化镓平台Smart-GaN?第三个产品线是正在研发中的新型氮化镓功率器件。该产品为世界首创，能够前所未有地解决同类器件耐压不足的商业化瓶颈。相比同类产品，该产品能在性能保持不变的情况下，将开关比提升100倍，同时开关损耗仅为五分之一，具有极高的性价比。目前，公司的合作方包括头部消费类快充企业、头部储能充电企业、头部汽车厂商等等。未来，晶通还计划向项目周期更长的电动汽车领域进发，发力车载充电器、DC-DC变换器及主驱的逆变器等。晶通半导体在产业内认可度颇高，这从其各轮融资的股东名单中可见一斑。在本轮融资之前，晶通半导体已完成了两轮融资，投资方均为半导体专业领域产业资本。2021年，公司获得千万级人民币种子轮战略融资，投资方为亚洲最大的独立模拟芯片设计公司——矽力杰半导体(Silergy)。2022年初曾获中芯聚源数千万元独家天使轮融资，成为中芯国际旗下中芯聚源唯一投资的氮化镓功率器件企业。氮化镓时代启航，高性能、低成本潜力巨大自20世纪90年代末起，一些全球领先的科研机构就着手研究氮化镓材料，近几年随着硅基氮化镓材料的成熟、器件设计的成熟等标志性技术节点的到来，氮化镓作为一种创新型的半导体材料逐渐走入市场。从半导体的产品生命周期来看，尤其是涉及原材料和工艺的大变革，其产品周期是非常长的，常常长达三四十年。以硅基芯片为例，从20世纪80年代初IGBT(绝缘栅双极型晶体管)发明至今，IGBT仍然应用火热，汽车领域仍在探索其作为新的器件结构的创新应用。“从这个角度来看，氮化镓真正进入产品导入阶段也就三四年的时间，从材料创新的角度，氮化镓未来的产品应用周期可能长达半个世纪，未来50年都会有不断的创新和成长。”刘丹说道。在刘丹看来，目前氮化镓市场整体渗透率仍不足1%，可以预见到未来有望成长到30%-40%的渗透率，在未来几十年的周期里，氮化镓的成长空间非常大，未来的创新点很多。根据半导体分析机构Yole发布的《2022年功率GaN》年度报告，2021年氮化镓功率器件市场收入为1.26亿美元，预计2027年将达到20亿美元，2021-2027 年复合年增长率 (CAGR2021-2027) 为59%。巨大的成本下降潜力是氮化镓未来渗透率提升的关键。目前，氮化镓的成本比硅贵一些，约为2到3倍，但由于氮化镓自身的特性及出货量增加，其未来成本预计将不断走低，在数年内与硅持平甚至更低。相比硅材料，氮化镓的功率应用系数比硅高出近1000倍，这具体体现在其电气性能，比如耐压高、效率高、参数损耗小，同时单个器件所占的面积小，比硅材料要小数倍。正是氮化镓发展的巨大潜力与广阔前景，让刘丹选择离开世界顶尖功率驱动芯片设计公司PI，创立晶通半导体。“第三代半导体正好处于从0到1、从1到10这么一个发展阶段，而我们恰好是在这个产业有丰富经验积累的人，我们只是顺应了时代发展的趋势，想要抓住市场机会。我们在中国和欧洲都有扎实的核心技术团队，有信心、有能力做好氮化镓的研发。”刘丹说道。图：晶通半导体创始人兼CEO刘丹据悉，晶通半导体创始人兼CEO刘丹毕业于爱因斯坦的母校——瑞士联邦理工大学，曾为世界顶尖功率驱动芯片设计公司PI、NXP高级芯片设计师、项目经理，拥有15年芯片设计经验。联合创始人兼CSO马俊博士拥有十余年氮化镓器件设计制备经验，曾在Nature Electronics、IEDM等期刊发表氮化镓功率器件论文60余篇，也是Nature系列刊物上首篇氮化镓功率器件相关论文的作者。过去10年中，氮化镓电力电子器件在外延技术、常关特性、动态特征等各类可靠性方面提升很快，但是在品质因子这项基础型指标上一直停滞不前。硅基氮化镓电力电子器件的品质因子距离氮化镓材料的理论极限非常遥远，成为业内长期难以突破的方向。晶通半导体在提升电子电子器件最基础核心的品质因子方面，起到了重要的作用。该团队所独创的高压多沟道氮化镓技术，曾被MIT Technology Review报道称作是“推动氮化镓的性能朝着其极限发展”。据悉，该技术能在获得1200V高击穿电压的同时，将器件的导通电阻降低为典型值的约1/5，从而将硅上氮化镓电力电子器件品质因子的国际纪录平均提升了3至4倍。该技术解决了两个电子器件中基础性、原理性的挑战：第一，怎么降低器件的电阻，但又不损失电子的迁移率;第二，如何在低电阻的情况下实现高击穿电压。“这项工作是氮化镓电力电子器件领域的重大进步，该技术使氮化镓器件的性能大幅接近其理论极限，且显著地超过了现有的碳化硅器件。”氮化镓电子器件领域著名专家，IEEE Fellow、英国布里斯托大学教授马丁·库博尔(Martin Kuball)在Nature Electronics 撰写专文评论时这样评价道。刘丹认为，在晶通半导体等氮化镓企业的不断研发与推进下，氮化镓有望在650伏电压、10千瓦功率以下的应用场景中大幅替代传统的硅器件。并且，相较于同属第三代半导体核心材料的碳化硅，氮化镓在该场景中的应用潜力更高，氮化镓不仅在开关频率、功率频率及效率上略胜一筹，而且在成本上，尽管目前二者成本相当，但未来氮化镓价格下降速度将远超碳化硅，是更理想的材料。氮化镓材料将为半导体领域带来翻天覆地的变化从市场应用来看，氮化镓主要应用包括手机充电头、工业电源、电动汽车的电子功率器件等领域。其中，目前应用最多的是消费电子中的手机快充领域，当氮化镓功率器件应用于手机快充头时，不仅令快充头体积变得更轻便，还同时提升了充电效率、减少电能损耗。目前，包括华米OV等手机厂商及安克创新、倍思等充电器品牌均已入局开发氮化镓快充充电器。在工业电源及车规级等对于氮化镓产品的技术要求更高的领域，氮化镓的应用也在快速爆发。在工业电源领域，包括充电桩、储能、数据中心、服务器、通信等终端客户已开始使用氮化镓器件。疫情导致的远程工作比例提高，数据中心处理的数据量有大幅增长，要更强调能源效率才能满足需求，更小的电源才可以让每个机架中放入更多的服务器，晶通半导体与多家充电桩、储能头部企业展开项目合作，样品已在客户端通过功能验证及可靠性测试。据悉，晶通半导体的产品通过了客户严苛环境下的上机老化试验，并且热性能优于国际一线品牌同类产品。在新能源汽车领域，利用氮化镓可以将汽车的车载充电器、DC-DC转换器及主区逆变器做得更小更轻，从而有空间放入更多的锂电池，提升整车续航里程，包括特斯拉、丰田等车厂已经率先试水相关应用。刘丹透露，目前晶通半导体的研发团队主要位于中国深圳及瑞士两地，“瑞士周边汇聚了世界最顶级的功率半导体公司，我们连接了‘欧洲硅谷’与‘中国制造与创新中心’。”2023年，晶通半导体还将继续推动产品在更大范围内落地，计划在中国长三角、粤港澳大湾区及中南地区建立运营中心，进行产品的研发、测试、市场销售。回顾历史，自上世纪50年代集成电路诞生以来，半导体原材料分别经历了以硅(Si)、锗(Ge)为代表的第一代材料;以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等化合物为代表的第二代材料。如今，以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、硒化锌(ZnSe)等宽带半导体原料为主的第三代材料登上历史舞台。此前，第二代半导体材料的应用范围相对狭小，尚未大规模地向硅材料发起挑战，这是因为硅材料在数字电路方面的成本优势无法被替代。然而，以氮化镓为代表的第三代半导体材料在军工、射频等抗辐射领域具有运用优势，目前中美部分军舰及战斗机已经运用了氮化镓为核心器件的雷达，卫星通讯领域也应用了氮化镓功率放大器。因此，无论从功率、射频抑或数字角度而言，氮化镓的价值都不言而喻。目前，氮化镓已被列入“十四五”规划等国家战略，有望引领传统半导体产业的变革，在功率和射频领域全面取代硅材料。未来，氮化镓材料将为半导体领域带来翻天覆地的变化，而晶通半导体很可能成为其中的重要推动力之一。 |
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