2023年2月9日，氮化鎵領先廠商晶通半導體（JTM）宣布，已于去年12月完成數(shù)千萬元人民幣天使+輪融資，投資方為半導體專業(yè)投資機構富華資本（GRC）。

氮化鎵（GaN）被稱為第三代半導體材料，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)模有望達千億級別。

晶通半導體是國內(nèi)氮化鎵功率器件與驅動芯片領先廠商，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，核心技術團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。

目前，晶通半導體主要面向工業(yè)電源、消費電子、車規(guī)級應用，擁有包括智能氮化鎵功率開關、硅基驅動芯片等多個產(chǎn)品線，合作方覆蓋消費類快充企業(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：“晶通半導體是國內(nèi)第三代半導體GaN產(chǎn)業(yè)的佼佼者，其核心團隊覆蓋模擬芯片設計、器件結構、制程工藝，除了具備國際級的研發(fā)創(chuàng)新能力，還有功率半導體模擬電路產(chǎn)品實現(xiàn)過程中，最不可或缺的數(shù)十年實務經(jīng)驗累積。富華資本很榮幸與晶通半導體共同合作，助力公司深化與半導體產(chǎn)業(yè)鏈及國際資源平臺的對接協(xié)同，期待晶通半導體把握時代機遇，未來引領數(shù)據(jù)中心、電動汽車、可再生能源系統(tǒng)、工業(yè)電機和消費電子產(chǎn)品行業(yè)的變革。” 

據(jù)悉，本輪融資將用于產(chǎn)品研發(fā)、市場團隊的擴張以及部分核心產(chǎn)品出貨。

瞄準工業(yè)及車規(guī)級市場，駛入氮化鎵藍海

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、擊穿場強高、電子遷移率高抗輻射等特性。

此前在消費電子領域，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。

然而與消費電子領域相比，工業(yè)領域對氮化鎵器件解決方案的性能、穩(wěn)定性及可靠性的要求大幅提升，目前在國內(nèi)仍屬藍海市場，而晶通半導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域里有非常廣泛的應用，小到充電頭，大到電動汽車都能夠應用，而工業(yè)領域是目前的側重點——在市場爆發(fā)背景下，我們團隊具有深厚的工業(yè)級電源驅動研發(fā)和學術背景，工業(yè)級相關產(chǎn)品已經(jīng)得到驗證，具有較高的門檻和壁壘。”創(chuàng)始人兼CEO劉丹表示。目前其工業(yè)電源領域的應用包括數(shù)據(jù)中心、服務器、通信等終端客戶。

晶通半導體擁有世界頂尖的氮化鎵科研實力，公司核心技術成員均有海外理工名校的留學背景，曾就職于Power Integrations (PI)、英飛凌、德州儀器、意法半導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。此外，公司還在氮化鎵領域擁有數(shù)十項核心發(fā)明專利、集成電路布圖設計專利及實用新型專利。

在技術路線上，晶通半導體是當前國內(nèi)唯一面向工業(yè)級、車規(guī)級應用，采取器件加驅動進行共同優(yōu)化的廠商。相比消費電子，工業(yè)級及車規(guī)級應用難度更高，更需要采取器件加驅動共同優(yōu)化方式，以切實解決氮化鎵應用的最大痛點，提高穩(wěn)定性。

目前晶通半導體擁有三個主要產(chǎn)品線，均為基于氮化鎵的功率器件及驅動芯片。

第一個產(chǎn)品為氮化鎵器件及氮化鎵驅動的集成方案——Smart-GaN®，即智能氮化鎵功率開關（SiP）。該產(chǎn)品具備四大核心優(yōu)勢：一是提升可靠性，解決氮化鎵應用“炸機”問題；二是提高開關速度、效率及功率密度；三是系統(tǒng)保護監(jiān)測功能、促進集成度提升；四是驅動集成，客戶易上手。

據(jù)悉，在商業(yè)化進度上，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)品線為硅基驅動芯片——Smart-Driver®，該驅動芯片可以驅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，晶通半導體的產(chǎn)品效率更高，目前該產(chǎn)線已有客戶成功通過驗證，拿到了新品開發(fā)方案。

圖：晶通半導體研發(fā)的智能驅動平臺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，將開關比提升100倍，同時開關損耗僅為五分之一，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域進發(fā)，發(fā)力車載充電器、DC-DC變換器及主驅的逆變器等。

晶通半導體在產(chǎn)業(yè)內(nèi)認可度頗高，這從其各輪融資的股東名單中可見一斑。在本輪融資之前，晶通半導體已完成了兩輪融資，投資方均為半導體專業(yè)領域產(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立模擬芯片設計公司——矽力杰半導體（Silergy）。2022年初曾獲中芯聚源數(shù)千萬元獨家天使輪融資，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90年代末起，一些全球領先的科研機構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、器件設計的成熟等標志性技術節(jié)點的到來，氮化鎵作為一種創(chuàng)新型的半導體材料逐漸走入市場。

從半導體的產(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，常常長達三四十年。以硅基芯片為例，從20世紀80年代初IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）發(fā)明至今，IGBT仍然應用火熱，汽車領域仍在探索其作為新的器件結構的創(chuàng)新應用。

“從這個角度來看，氮化鎵真正進入產(chǎn)品導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)品應用周期可能長達半個世紀，未來50年都會有不斷的創(chuàng)新和成長。”劉丹說道。

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)新點很多。

根據(jù)半導體分析機構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，預計2027年將達到20億美元，2021-2027 年復合年增長率 （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動芯片設計公司PI，創(chuàng)立晶通半導體。

“第三代半導體正好處于從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)驗積累的人，我們只是順應了時代發(fā)展的趨勢，想要抓住市場機會。我們在中國和歐洲都有扎實的核心技術團隊，有信心、有能力做好氮化鎵的研發(fā)。”劉丹說道。

圖：晶通半導體創(chuàng)始人兼CEO劉丹

據(jù)悉，晶通半導體創(chuàng)始人兼CEO劉丹畢業(yè)于愛因斯坦的母校——瑞士聯(lián)邦理工大學，曾為世界頂尖功率驅動芯片設計公司PI、NXP高級芯片設計師、項目經(jīng)理，擁有15年芯片設計經(jīng)驗。聯(lián)合創(chuàng)始人兼CSO馬俊博士擁有十余年氮化鎵器件設計制備經(jīng)驗，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論文的作者。

過去10年中，氮化鎵電力電子器件在外延技術、常關特性、動態(tài)特征等各類可靠性方面提升很快，但是在品質(zhì)因子這項基礎型指標上一直停滯不前。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，成為業(yè)內(nèi)長期難以突破的方向。

晶通半導體在提升電子電子器件最基礎核心的品質(zhì)因子方面，起到了重要的作用。該團隊所獨創(chuàng)的高壓多溝道氮化鎵技術，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，該技術能在獲得1200V高擊穿電壓的同時，將器件的導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)因子的國際紀錄平均提升了3至4倍。該技術解決了兩個電子器件中基礎性、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現(xiàn)高擊穿電壓。

“這項工作是氮化鎵電力電子器件領域的重大進步，該技術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。”氮化鎵電子器件領域著名專家，IEEE Fellow、英國布里斯托大學教授馬丁·庫博爾（Martin Kuball）在Nature Electronics 撰寫專文評論時這樣評價道。

劉丹認為，在晶通半導體等氮化鎵企業(yè)的不斷研發(fā)與推進下，氮化鎵有望在650伏電壓、10千瓦功率以下的應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體核心材料的碳化硅，氮化鎵在該場景中的應用潛力更高，氮化鎵不僅在開關頻率、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，但未來氮化鎵價格下降速度將遠超碳化硅，是更理想的材料。

氮化鎵材料將為半導體領域帶來翻天覆地的變化

從市場應用來看，氮化鎵主要應用包括手機充電頭、工業(yè)電源、電動汽車的電子功率器件等領域。

其中，目前應用最多的是消費電子中的手機快充領域，當?shù)壒β势骷糜谑謾C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)品的技術要求更高的領域，氮化鎵的應用也在快速爆發(fā)。

在工業(yè)電源領域，包括充電樁、儲能、數(shù)據(jù)中心、服務器、通信等終端客戶已開始使用氮化鎵器件。疫情導致的遠程工作比例提高，數(shù)據(jù)中心處理的數(shù)據(jù)量有大幅增長，要更強調(diào)能源效率才能滿足需求，更小的電源才可以讓每個機架中放入更多的服務器，晶通半導體與多家充電樁、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證及可靠性測試。據(jù)悉，晶通半導體的產(chǎn)品通過了客戶嚴苛環(huán)境下的上機老化試驗，并且熱性能優(yōu)于國際一線品牌同類產(chǎn)品。

在新能源汽車領域，利用氮化鎵可以將汽車的車載充電器、DC-DC轉換器及主區(qū)逆變器做得更小更輕，從而有空間放入更多的鋰電池，提升整車續(xù)航里程，包括特斯拉、豐田等車廠已經(jīng)率先試水相關應用。

劉丹透露，目前晶通半導體的研發(fā)團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體公司，我們連接了‘歐洲硅谷’與‘中國制造與創(chuàng)新中心’。”2023年，晶通半導體還將繼續(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)建立運營中心，進行產(chǎn)品的研發(fā)、測試、市場銷售。

回顧歷史，自上世紀50年代集成電路誕生以來，半導體原材料分別經(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）等寬帶半導體原料為主的第三代材料登上歷史舞臺。

此前，第二代半導體材料的應用范圍相對狹小，尚未大規(guī)模地向硅材料發(fā)起挑戰(zhàn)，這是因為硅材料在數(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體材料在軍工、射頻等抗輻射領域具有運用優(yōu)勢，目前中美部分軍艦及戰(zhàn)斗機已經(jīng)運用了氮化鎵為核心器件的雷達，衛(wèi)星通訊領域也應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，有望引領傳統(tǒng)半導體產(chǎn)業(yè)的變革，在功率和射頻領域全面取代硅材料。

未來，氮化鎵材料將為半導體領域帶來翻天覆地的變化，而晶通半導體很可能成為其中的重要推動力之一。