GaN- und SiC-Leistungshalbleiter Markt wächst bis 2027 auf über 10 Mrd. Dollar

Wachstum der SiC- und GaN-Leistungshalbleiter nach Anwendungen getrennt.
Wachstum der SiC- und GaN-Leistungshalbleiter nach Anwendungen getrennt.

Richard Eden, Principal Analyst für Leistungshalbleiter bei IHS Markit ist überzeugt, dass die Bereiche E-Mobilität, Stromversorgungen und Wechselrichter für Photovoltaik die Nachfrage für SiC- und GaN- Leistungshalbleiter oben treiben werden.

Speziell die E-Mobilität soll laut IHS-Analyst deutlich zulegen, seiner Überzeugung nach soll der Umsatz mit SiC- und GaN-Leistungshalbleitern dank der Nachfrage im Hauptantriebsstrang von Hybrid- und Elektrofahrzeugen mit einer durchschnittlichen Jahreswachstumsrate (CAGR) von über 35 Prozent wachsen.

Eden ist außerdem überzeugt, dass die GaN-on-Si-Transistoren bis 2020 preislich mit den Si-MOSFETs IGBTs gleichgestellt sein werden, und das bei einer deutlich höheren Leistung. Sobald dieser Benchmark erreicht sei, werde der GaN-Strommarkt so stark anwachsen, dass 2024 voraussichtlich bereits 600 Mio. Dollar und 2027 über 1,7 Mrd. Dollar erreicht sein werden.

Laut Marktanalyse legt natürlich auch die Marktdurchdringung mit Schottky-Dioden, MOSFETs, JFETs und anderen diskreten SiC-Komponenten, zu. Das gelte besonders für China, wo diese Bauelemente bereits in der Serienfertigung von DC/DC-Wandlern und On-Board-Batterieladegeräten in Fahrzeugen eingesetzt werden.

Eden erwartet, dass in drei bis fünf Jahren Wechselrichter im Hauptantrieb mit SiC-MOSFETs anstelle von IGBTs auf den Markt kommen werden. Da in Haupt-Wechselrichtern viel mehr Komponenten eingesetzt werden als in DC-DC-Wandlern und On-Board-Ladegeräten, wird auch die benötigte Menge rapide ansteigen. Eden hält es sogar für möglich, dass die Hersteller der Wechselrichter irgendwann auf kundenspezifische SiC-Leistungsmodule anstatt auf diskrete SiC-Komponenten setzen werden.

Es soll nicht nur die Anzahl an SiC-Komponenten pro Fahrzeug steigen, sondern auch die Anzahl der der weltweit zugelassenen batterieelektrischen Fahrzeuge (BEVs) und Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEVs). Eden geht davon aus, dass sich diese Anzahl zwischen 2017 und 2027 verzehnfachen wird, getrieben durch regulatorische Maßnahmen, weil viele Länder die Luftverschmutzung und die Abhängigkeit von Fahrzeugen, die fossile Brennstoffe verbrennen, verringern wollen. China, Indien, Frankreich, Großbritannien und Norwegen haben bereits angekündigt, Autos mit Verbrennungsmotoren in den kommenden Jahrzehnten zu verbieten und durch sauberere Fahrzeuge zu ersetzen. Die Aussichten für elektrifizierte Fahrzeuge im Allgemeinen und für Wide-Band-Gap-Halbleiter im Besonderen seien daher sehr gut.

Als größte Gefahr für das Wachstum von SiC-Komponenten könnten sich die GaN-Komponenten erweisen. Transphorm hat den ersten AEC-Q101-qualifizierte GaN-Transistor letztes Jahr auf den Markt gebracht, und GaN-Bauelemente, die auf GaN-on-Si-Epiwafern hergestellt werden, weisen deutlich niedrigere Kosten auf. Außerdem sind sie einfacher herzustellen als alles, was auf SiC-Wafern hergestellt wird. Aus diesen Gründen könnten GaN-Transistoren in den späten 2020er Jahren die bevorzugte Wahl für den Einsatz in Wechselrichtern werden.

Am interessantesten in der GaN-Geschichte bewertet Eden die Einführung von so genannten GaN-System-ICs, bei denen GaN-Transistoren und Si-Gate-Treiber-ICs kombiniert werden, oder das Ganze monolithisch, also nur mithilfe von GaN, realisiert wird. Sobald ihre Leistung für Mobiltelefon- und Laptop-Ladegeräte und andere hochvolumige Anwendungen optimiert sei, könnten diese Bausteine auch in deutlich mehr Anwendungen zum Einsatz kommen. Im Gegensatz dazu habe die Entwicklung kommerzieller GaN-Leistungsdioden nie wirklich begonnen, da sie keine signifikanten Vorteile gegenüber Si-Komponenten bieten würden, und sich ihre Entwicklung auch noch als zu kostspielig erwies, um rentabel zu sein. SiC-Schottky Dioden hingegen funktionierten bereits gut und würde eine gute Preiskurve aufweisen.