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 パワー半導体：市場、材料、技術Power Semiconductors: Markets, Materials and Technologies 近年のパワー半導体市場の急成長は、デスクトップパソコン、ノートパソコン、ネットブック、スマートフォン、フラットパネルディスプレイ、ポータブルメディアプレーヤーなど、電力効率を改善しバッテリ寿命を... もっと見る
サマリー
近年のパワー半導体市場の急成長は、デスクトップパソコン、ノートパソコン、ネットブック、スマートフォン、フラットパネルディスプレイ、ポータブルメディアプレーヤーなど、電力効率を改善しバッテリ寿命を延ばすために高度な電力管理を必要とするコンピュータや民生用電子機器の普及によってもたらされている。世界市場を分析・予測。デバイスの種類ごとにサプライヤーの市場シェアを示す。
はじめに
パワー半導体を取り巻く環境は、自動車、産業用から家電、再生可能エネルギーシステムに至るまで、さまざまな分野にお けるエネルギー効率の高いソリューションに対する需要の高まりに後押しされ、大きな変革期を迎えている。世界がより持続可能で電化された未来へと移行するにつれ、効率的なエネルギー管理、電力変換、制御を可能にするパワー半導体の役割はますます極めて重要になっている。
本レポート「パワー半導体：市場、材料、技術」レポートは、ダイナミックなパワー半導体市場を包括的に分析し、業界の軌道を形成する主要トレンド、新興材料、最先端技術を掘り下げています。市場ダイナミクス、材料革新、技術進歩に焦点を当て、パワー半導体デバイスの進化する展望と多様な分野にわたるその応用について貴重な洞察を提供しています。
エネルギー情勢が進化し、省エネルギーが必須となる中、高性能でエネルギー効率の高いソリューションの必要性により、パワー半導体の需要は急増を続けています。先進的なシリコンベースのデバイスから、炭化ケイ素（SiC）や窒化ガリウム（GaN）のような新興のワイドバンドギャップ材料まで、本レポートは進化する材料環境と、それがパワー半導体デバイスの性能と効率に与える影響を調査している。
さらに、パワー半導体の設計、パッケージング、集積技術における最新の技術開発とイノベーションについても検証しています。ディスクリート回路から集積モジュール、高度なパッケージングソリューションまで、パワー半導体デバイスの効率向上、小型化、信頼性向上を推進する技術動向を解明しています。
市場動向や技術進歩の分析に加え、パワー半導体産業の競争環境に関する洞察も提供しており、主要企業のプロファイル、戦略、市場でのポジショニングを紹介しています。さらに、地域ダイナミックス、規制フレームワーク、新興市場機会を評価し、関係者に世界のパワー半導体エコシステムの包括的な理解を提供しています。
トレンド
ワイドバンドギャップ材料、特にSiCとGaNの出現は、パワー半導体業界における重要なパラダイムシフトを意味する。これらの材料は、従来のシリコンをベースとした半導体に比べ、高耐圧、高速スイッチング、熱伝導性の向上など、明確な利点を備えており、高性能でエネルギー効率の高いパワーエレクトロニクス・デバイスの理想的な候補となっている。
炭化ケイ素（SiC）は、シリコンに比べてバンドギャップが広く、臨界電界強度が高いなど、その優れた電気特性で際立っている。これらの特性により、SiCベースのデバイスは、効率的な性能を維持しながら、より高い温度と電圧で動作することができる。SiCデバイスは、オン状態の損失とスイッチング損失が低く、電気自動車、再生可能エネルギー・システム、産業用電力変換器など、さまざまな用途における高効率化とエネルギー消費量の削減につながる。
同様に、窒化ガリウム（GaN）は、広いバンドギャップと高い電子移動度を含む卓越した電気特性で注目を集めています。GaNベースのデバイスは、電力密度、スイッチング速度、効率の面で大きな利点を持ち、高周波・大電力アプリケーションに適しています。GaNデバイスはより低いスイッチング損失を示し、より高いスイッチング周波数とパワーエレクトロニクス・システムの小型軽量化を可能にします。
パワー半導体デバイスにおけるSiCとGaN材料の採用は、材料成長技術、製造プロセス、デバイス・アーキテクチャの進歩によって加速している。生産量の増加と製造コストの低下に伴い、SiCおよびGaNデバイスは、広範なアプリケーションにおいてシリコンベースの同等品との競争力を高めている。
さらに、SiCおよびGaN技術の採用をさらに加速するため、デバイス性能の最適化、信頼性の向上、コスト削減に焦点を当てた研究開発が進められている。これには、ワイドバンドギャップ材料に関連する特有の課題に対処するための、デバイス設計、パッケージング技術、熱管理ソリューションの革新が含まれる。
全体として、SiCとGaN材料の広範な採用は、エネルギー効率の高いパワーエレクトロニクスの新時代の到来を告げるものであり、効率の向上、排出量の削減、持続可能なエネルギーソリューションの推進を目指す産業界に変革の機会を提供するものである。これらの材料が市場で成熟し牽引力を持ち続けるにつれて、パワー半導体業界への影響は甚大かつ広範囲に及ぶものとなるでしょう。
本レポートについて
この包括的なレポートでは、パワー半導体産業の様々な側面を掘り下げ、その状況を形成している市場、材料、技術に関する詳細な分析と洞察を提供しています。本レポートのカバーする内容の概要は以下の通りです：
市場分析：本レポートでは、世界のパワー半導体市場について、過去のトレンド、現在の市場ダイナミクス、今後の成長見通しなどを詳細に調査しています。市場規模、収益予測、市場成長に影響を与える主要な促進要因と課題を評価しています。さらに、製品タイプ別、エンドユーザー産業別、地域別の市場区分に関する洞察も提供しています。
材料の動向：炭化ケイ素（SiC）や窒化ガリウム（GaN）などのワイドバンドギャップ材料に特に焦点を当て、半導体材料の最新の進歩と動向を調査しています。これらの材料の特性と利点、さまざまな産業における応用、パワー半導体デバイスの性能と効率への影響について論じている。
技術の洞察本レポートでは、シリコンベースやワイドバンドギャップデバイスなど、パワー半導体デバイスの新技術や革新について掘り下げています。デバイスアーキテクチャ、製造プロセス、パッケージング技術、熱管理ソリューションなど、デバイスの性能、信頼性、コスト効率の向上を目指した開発をカバーしています。
市場細分化：ディスクリート回路、モジュール回路、パワー集積回路（IC）などの主要製品カテゴリーに焦点を当て、パワー半導体市場のセグメンテーションを詳細に分析しています。自動車、家電、産業、配電など、さまざまなエンドユーザー産業における市場動向と成長機会を検証しています。
地域別分析：北米、欧州、中国を含むアジアなど主要地域のパワー半導体市場を包括的に評価しています。各地域の市場動向、競争環境、業界環境を形成する規制の枠組みを分析しています。
競争環境：パワー半導体業界の主要企業や主要プレーヤーを紹介し、市場シェア、製品ポートフォリオ、戦略的イニシアティブ、競争戦略に関する洞察を提供します。主要プレイヤーの競争力と市場でのポジショニングを、強み、弱み、機会、脅威とともに評価しています。
市場機会と課題：本レポートでは、パワー半導体業界が直面する新たな市場機会、成長見通し、課題を特定し分析しています。技術進歩、規制動向、投資機会、市場展望を形成する競争力学などの要因を探ります。
目次目次第1章 はじめに 1-1
1.1 IGBTチップ構造の進化 1-4
1.2 IGBTチップの小型化の影響 1-6
1.3 SiC トレンチ型 MOSFET と DMOSFET との比較による抵抗低減 1-7
1.4 平面型と縦型（トレンチ型）MOSFET 1-9
1.5 FinFET の回路図 1-11
1.6 MOSFET とスーパージャンクション MOSFET の回路図 1-13
1.7 SiC U MOSFET 1-17
第2章 パワー半導体の応用 2-1
2.1 太陽光発電の見通し 2-4
2.2 フルブリッジIGBTトポロジー 2-5
2.3 マイコン・ベース・インバータのブロック図 2-11
2.4 世界の風力タービン出荷台数 2-14
2.5 国別風力発電容量トップ 2-15
2.6 標準的な30～50kwインバータの部品表 2-19
2.7 HEV牽引駆動システムの簡単な図。2-22
2.8 プラグインハイブリッド電気自動車（PHEV）における PEEM のより複雑なダイアグラム 2-23
2.9 インバータの伝導損失とスイッチング損失 2-25
2.10 パワー半導体の単価動向 2-27
2.11 ワイドバンドギャップ半導体のシステムと部品コスト 2-31
2.12 バーティカルHEMTとラテラルHEMT 2-37
2.13 EVにおけるGaNラテラルHEMTとGaNバーティカルHEMT 2-41
2.14 LED Bizとアプリケーションの市場牽引要因2-44
2.15SSL対従来技術 2-45 2.16 LED性能対従来光源 2-46 2.15 SSL対従来技術 2-46
2.16 LEDの性能対従来の光源 従来の光源 2-46
2.17 エネルギー生産と使用の比較 2-50
2.18 代表的なLED駆動回路 2-53
2.19 TSVを使ったLEDとLEDドライバの集積 2-55
2.20 簡単なパワーMOSFETモータコントローラ 2-60
2.21 インバータの基本動作原理 2-66
第3章 市場分析 3-1
3.1 半導体市場におけるパワー半導体の位置づけ 3-9
3.2 IGBTとパワーMOSFETの成長可能性 3-11
3.3 IGBT市場 3-18
3.3.1 IGBT技術動向 3-18
3.3.2 IGBT TAM 3-18
3.3.3 アプリケーション別IGBT市場成長 3-21
3.3.3.1 自動車 3-21
3.3.3.2 発電およびグリッド 3-23
3.3.3.3 民生用電子機器 3-25
3.3.3.4 産業用制御機器 3-27
3.3.3.5 鉄道/電車 3-27
3.3.3.6 EV充電システム 3-30
3.3.4 IGBTの競争環境 3-32
3.3.4.1 世界と中国の市場シェア 3-32
3.3.4.2 IGBTのビジネスモデル 3-35
3.3.4.3 中国と世界のプレーヤー間の技術格差 3-35
3.4 MOSFET TAM 3-37
3.4.1 MOSFET TAMの方法論 3-40
3.4.2 用途別MOSFET市場成長 3-40
3.4.2.1 自動車 3-40
3.4.2.2 EV充電 3-42
3.4.2.3 産業・医療 3-42
3.4.2.4 消費者 3-45
3.4.2.5 通信ネットワーク 3-46
3.4.3.6 コンピューティング 3-48
3.4.4 MOSFETの競争環境 3-48
3.4.4.1 世界および中国市場シェア 3-48
3.4.4.2 中国サプライヤーの技術／製品ギャップ対世界同業他社 3-51
3.5 新興エンドアプリケーション市場 3-52
3.5.1 電気自動車 3-52
3.5.2 5Gインフラ 3-56
3.4 ワイドバンドギャップ・パワー半導体市場 3-60
第4章 次世代パワー半導体 4-1
4.1 シリコンの限界克服への期待 4-1
4.2 次世代基板としてのSiCとGaNへの期待 4-3
4.3 ワイドバンドギャップ半導体の利点 4-3
4.4 SiCとGaNの比較 4-5
4.4.1 材料特性 4-6
4.4.2 材料品質 4-8
4.4.3 SiC横並びデバイス：4-10
4.4.4 SiC縦型デバイス 4-10
4.4.5 GaN横型デバイス 4-12
4.5 SiCデバイスの製造 4-22
4.5.1 SiCのバルク成長およびエピタキシャル成長 4-22
4.5.1.1 バルク成長 4-22
4.5.1.2 エピタキシャル成長 4-23
4.5.1.3 欠陥 4-23
4.5.2 表面処理 4-25
4.5.3 エッチング 4-27
4.5.4 リソグラフィー 4-28
4.5.5 イオン注入 4-28
4.5.6 表面パッシベーション 4-29
4.5.7 メタライゼーション 4-32
4.6 GaNデバイスの製造 4-33
4.6.1 GaNの課題 4-37
4.6.1.1 コスト 4-37
4.6.1.2 信頼性 4-40
4.6.1.3 コンポーネントのパッケージングと熱信頼性 4-41
4.6.1.4 制御 4-41
4.6.1.5 デバイスモデリング 4-42
4.7 パッケージング 4-42
第5章 企業プロファイル 5-1
5.1 パワー半導体企業 5-1
5.1.1 インフィニオン 5-1
5.1.2 三菱 5-3
5.1.3 東芝 5-4
5.1.4 STMicroelectronics 5-5
5.1.5 Vishay 5-6
5.1.6 富士電機 5-8
5.1.7 ルネサス 5-9
5.1.8 セミクロン 5-10
5.1.9 NXPセミコンダクターズ 5-11
5.1.10 日立パワーセミコンダクタデバイス 5-12
5.1.11 エクセルセミコンダクタ 5-13
5.1.12 アドバンスト・リニア・デバイス 5-14
5.1.13 ネクスペリア 5-15
5.1.14 ローム 5-15
5.1.15 サンケン電気 5-16
5.1.16 新電元工業 5-17
5.1.17 マイクロチップ・テクノロジー 5-18
5.1.18 ジーンシーク・セミコンダクター 5-19
5.1.19 セミサウス・ラボラトリーズ 5-20
5.1.20 ユナイテッド・シリコン・カーバイド 5-20
5.1.21 マイクロGaN 5-21
5.1.22 パウレック 5-23
5.1.23 ナイトロニクス 5-23
5.1.24 トランスフォーム 5-24
5.1.25 アレグロ・マイクロシステムズ 5-25
5.1.26 GaNシステムズ 5-26
5.1.27 ナビタスセミコンダクター 5-27
5.1.28 アルファ・アンド・オメガ・セミコンダクター 5-27
5.1.29 オン・セミコンダクター 5-28
5.1.30 吉林中微電子 5-29
5.1.31 BYDマイクロエレクトロニクス 5-30
5.1.32 揚州揚傑電子科技 5-30
5.1.33 スターパワー 5-31
5.1.34 西濃マイクロ 5-31
5.1.35 揚傑 5-32
5.1.36 傑傑 5-32
5.1.37 グッドアーク 5-33
5.1.38 NCEパワー 5-3
図表リスト図一覧
1.1 IGBTチップ構造の進化 1-4
1.2 IGBTチップの小型化の影響 1-6
1.3 SiCトレンチ型MOSFETとDMOSFETと比較した抵抗低減 1-7
1.4 平面型と縦型（トレンチ型）MOSFET 1-9
1.5 FinFETの回路図 1-11
1.6 MOSFETとスーパージャンクションMOSFETの回路図 1-13
1.7 スーパージャンクションMOSFETのプロセスフロー 1-14
2.1 太陽光発電の予測 2-4
2.2 フルブリッジIGBTトポロジー 2-5
2.3 PVインバータ市場の分布 2-8
2.4 マイコンベースインバータのブロック図 2-11
2.5 世界の風力タービン出荷台数 2-14
2.6 国別風力発電容量トップ 2-15
2.7 標準的な30～50kwインバータの部品表 2-20
2.8 HEVトラクションドライブシステムの簡単な図。2-22
2.9 プラグインハイブリッド車（PHEV）における PEEM のより複雑な図 2-23
2.10 インバータの導通とスイッチング損失 2-25
2.11 パワー半導体の単価動向 2-27
2.12 HEV/EV 出荷台数予測 2-31
2.13 ワイドバンドギャップ半導体のシステムおよび部品コスト 2-32
2.14 垂直および横方向HEMY 2-34
2.15 EVにおけるGaN横方向およびGaN垂直HEMT 2-38
2.16 LED Bizおよびアプリケーションの市場促進要因 2-41
2.17 SSL対従来技術 2-42
2.18 LED性能対従来光源 2-43 2.18 LED性能対従来光源 伝統的な光源 2-43
2.19 エネルギー生産と使用の比較 2-46
2.20 典型的なLED駆動回路 2-49
2.21 TSVを用いたLEDとLEDドライバの統合 2-52
2.22 簡単なパワーMOSFETモータコントローラ 2-57
2.23 インバータの基本動作原理 2-63
2.24 エアコンのシステムブロック図 2-65
3.1 三菱のIGBT（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）世代 3-3
3.2 インフィニオンのMOSFET世代 3-4
3.3 インテルのFinFET設計 3-5
3.4 富士のMOSFETとスーパージャンクションMOSFETの比較 3-6
3.5 NECのGaN-on-Siパワートランジスタ 3-7
3.6 富士通のGaN-on-SiC HEMTトランジスタ 3-8
3.7 パワー半導体市場予測 3-10
3.8 パワー半導体市場シェア 3-12
3.9 Super Junction MOSFET の市場予測 3-15
3.10 暫定的ソリューションとしての SJ MOSFET 3-16
3.11 世界のアプリケーション別 IGBT シェア 3-19
3.12 中国のアプリケーション別 IGBT シェア 3-20
3.13 世界と中国の自動車用 IGBT 予測 3-22
3.14 世界と中国の発電用 IGBT 予測 4-24
3.15 世界と中国の民生用 IGBT 予測 3-26
3.16 世界・中国産業用 IGBT 市場予測 3-28
3.17 世界・中国産業用 IGBT 市場予測 3-29
3.18 世界・中国 EV 充電用 IGBT 市場予測 3-31
3.19 世界 IGBT モジュール市場シェア 3-33
3.20 世界のIGBTディスクリート市場シェア 3-34
3.21 世界のアプリケーション別MOSFETシェア 3-38
3.22 中国のアプリケーション別MOSFETシェア 3-39
3.23 世界および中国の自動車用MOSFET予測 3-41
3.24 世界・中国EV充電用MOSFET予測 3-43
3.25 世界・中国産業用MOSFET予測 3-44
3.26 世界・中国民生用MOSFET予測 3-46
3.27 世界・中国通信用MOSFET予測 3-47
3.28 世界と中国の通信用MOSFET予測 3-49
3.29 MOSFET市場シェア 3-50
3.30 ICEとEVの電力需要 3-55
3.31 5Gのパワー半導体需要 3-57
3.32 ワイドバンドギャップ半導体市場の予測 3-64
4.1 成熟期を迎えたシリコンベース・デバイス 4-2
4.2 エンハンスメントモードGaNオンSiトランジスタ 4-14
4.3 AlGaN/GaN HEMT、GaN MOSFET、MOS-HEMT 4-18
4.4 Si基板上のGaN HEMT材料構造 4-36
4.5 パワーパッケージ統合ロードマップ 4-44
表のリスト
2.1 パワー製品の製品ファミリーと主な最終用途 2-2
2.2.2 On-Grid インバータのタイプ別予測 2-8
2.3 EV 出荷台数予測 2-29
2.4 GaN ラテラル HEMT の長所と短所 2-39
2.5 光源の比較 2-49
2.6 エンドアプリケーション別 GaN および SiC パワーデバイスの予測 2-77
3.1 電気自動車向けパワー半導体の予測 3-54
3.2 5G 半導体の総市場予測 3-59
4.1半導体材料の物理的性質
4.2 ワイドバンドギャップ材料の特性 4-7
4.3 半導体出発材料の格子定数と CTE 4-11
4.4 GaN FET 対 Si MOSFET 特性 4-16
4.5 SiC 基板の表面処理用標準化学溶液 4-26
4.6 異なるプロセス条件下における 4H-SiC の界面トラップ密度。4-31
Summary
The rapid growth of the power semiconductor market in recent years has been driven by the proliferation of computer and consumer electronics, such as desktop computers, notebooks, netbooks, smartphones, flat panel displays and portable media players that require sophisticated power management to improve power efficiency and extend battery life. The worldwide markets are analyzed and projected. Market shares of suppliers for each type of device are presented.
Introduction
The landscape of power semiconductors is undergoing a profound transformation driven by the escalating demand for energy-efficient solutions across various sectors, ranging from automotive and industrial to consumer electronics and renewable energy systems. As the world transitions towards a more sustainable and electrified future, the role of power semiconductors becomes increasingly pivotal in enabling efficient energy management, power conversion, and control.
The "Power Semiconductors: Markets, Materials, Technologies" report provides a comprehensive analysis of the dynamic power semiconductor market, delving into key trends, emerging materials, and cutting-edge technologies shaping the industry's trajectory. With a focus on market dynamics, material innovations, and technological advancements, the report offers valuable insights into the evolving landscape of power semiconductor devices and their applications across diverse sectors.
Amidst the evolving energy landscape and the imperative for energy conservation, the demand for power semiconductors continues to soar, driven by the need for high-performance, energyefficient solutions. From advanced silicon-based devices to emerging wide-bandgap materials such as silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN), the report explores the evolving material landscape and its impact on the performance and efficiency of power semiconductor devices.
Moreover, the report examines the latest technological developments and innovations in power semiconductor design, packaging, and integration techniques. From discrete circuits to integrated modules and advanced packaging solutions, the report elucidates the technological trends driving efficiency enhancements, miniaturization, and reliability improvements in power semiconductor devices.
In addition to analyzing market trends and technological advancements, the report also provides insights into the competitive landscape of the power semiconductor industry, profiling key players, their strategies, and market positioning. Furthermore, it assesses regional dynamics, regulatory frameworks, and emerging market opportunities, offering stakeholders a comprehensive understanding of the global power semiconductor ecosystem.
Trends
The emergence of wide-bandgap materials, particularly SiC and GaN, represents a significant paradigm shift in the power semiconductor industry. These materials offer distinct advantages over traditional silicon-based semiconductors, including higher breakdown voltages, faster switching speeds, and improved thermal conductivity, making them ideal candidates for high performance and energy-efficient power electronic devices.
Silicon carbide (SiC) stands out for its superior electrical properties, including a wider bandgap and higher critical electric field strength compared to silicon. These properties enable SiC-based devices to operate at higher temperatures and voltages while maintaining efficient performance. SiC devices exhibit lower on-state losses and switching losses, translating into higher efficiency and reduced energy consumption in various applications, such as electric vehicles, renewable energy systems, and industrial power converters.
Similarly, gallium nitride (GaN) has garnered attention for its exceptional electrical characteristics, including a wide bandgap and high electron mobility. GaN-based devices offer significant advantages in terms of power density, switching speed, and efficiency, making them well-suited for high-frequency and high-power applications. GaN devices exhibit lower switching losses, enabling higher switching frequencies and reduced size and weight of power electronic systems, which is particularly beneficial for compact and lightweight designs in automotive and aerospace applications.
The adoption of SiC and GaN materials in power semiconductor devices is accelerating, driven by advancements in material growth techniques, manufacturing processes, and device architectures. As production volumes increase and manufacturing costs decline, SiC and GaN devices are becoming increasingly competitive with silicon-based counterparts across a wide range of applications.
Furthermore, ongoing research and development efforts are focused on optimizing device performance, enhancing reliability, and reducing costs to further accelerate the adoption of SiC and GaN technology. This includes innovations in device design, packaging technologies, and thermal management solutions to address the unique challenges associated with wide-bandgap materials.
Overall, the widespread adoption of SiC and GaN materials heralds a new era of energy efficient power electronics, offering transformative opportunities for industries seeking to improve efficiency, reduce emissions, and advance sustainable energy solutions. As these materials continue to mature and gain traction in the market, their impact on the power semiconductor industry is poised to be profound and far-reaching.
About This Report
This comprehensive report delves into various aspects of the power semiconductor industry, providing in-depth analysis and insights into markets, materials, and technologies shaping the landscape. Here's an expanded overview of what the report covers:
Market Analysis: The report offers a detailed examination of the global power semiconductor market,including historical trends, current market dynamics, and future growth prospects. It assesses market size,revenue forecasts, and key drivers and challenges influencing market growth. Additionally, the report provides insights into market segmentation by product type, end-user industry, and geographic region.
Material Trends: It explores the latest advancements and trends in semiconductor materials, with a particular focus on wide-bandgap materials such as silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN). The report discusses the properties and benefits of these materials, their applications across various industries, and their impact on the performance and efficiency of power semiconductor devices.
Technology Insights: The report delves into emerging technologies and innovations in power semiconductor devices, including silicon-based and wide-bandgap devices. It covers developments in device architectures, manufacturing processes, packaging technologies, and thermal management solutions aimed at enhancing device performance, reliability, and cost effectiveness.
Market Segmentation: An in-depth analysis of the power semiconductor market segmentation is provided, highlighting key product categories such as discrete circuits, module circuits, and power integrated circuits (ICs). The report examines market trends and growth opportunities across different end-user industries, including automotive, consumer electronics, industrial, and power distribution.
Regional Analysis: It offers a comprehensive assessment of the power semiconductor market across major geographic regions, including North America, Europe, and Asia including China. The report analyzes regional market trends, competitive landscapes, and regulatory frameworks shaping the industry landscape in each region.
Competitive Landscape: The report profiles leading companies and key players in the power semiconductor industry, providing insights into their market share, product portfolios, strategic initiatives, and competitive strategies. It assesses the competitive intensity and market positioning of major players, along with their strengths, weaknesses, opportunities, and threats.
Market Opportunities and Challenges: The report identifies and analyzes emerging market opportunities, growth prospects, and challenges facing the power semiconductor industry. It explores factors such as technological advancements, regulatory trends, investment opportunities, and competitive dynamics shaping the market landscape.
Table of ContentsTable of ContentsChapter 1 Introduction 1-1
1.1 Evolution Of IGBT Chip Structure 1-4
1.2 Effects Of Miniaturization Of IGBT Chip 1-6
1.3 SiC Trench-Type MOSFET And Resistance Reduction As Compared With DMOSFET 1-7
1.4 Planar And Vertical (Trench) MOSFET 1-9
1.5 Schematic Of A FinFET 1-11
1.6 Schematic Of A MOSFET And Super Junction MOSFET 1-13
1.7 SiC U MOSFET 1-17
Chapter 2 Applications of Power Semiconductors 2-1
2.1 Forecast Of Solar Power 2-4
2.2 Full Bridge IGBT Topology 2-5
2.3 Block Diagram Of Microcontroller-Based Inverter 2-11
2.4 Worldwide Wind Turbine Shipments 2-14
2.5 Top Wind Power Capacity by Country 2-15
2.6 Bill Of Materials For A Typical 30-50kw Inverter 2-19
2.7 A Simple Diagram Of A HEV Traction Drive System. 2-22
2.8 A More Complex Diagram Of PEEM In A Plug-In Hybrid Electric Vehicle (PHEV) 2-23
2.9 Conducting And Switching Loses For Inverter 2-25
2.10 Unit Pricing Trends In Power Semiconductors 2-27
2.11 System And Component Costs For Wide Bandgap Semiconductors 2-31
2.12 Vertical And Lateral HEMT 2-37
2.13 GaN Lateral And GaN Vertical HEMTs In EVs 2-41
2.14 Market Drivers For LED Biz And Applications 2-44
2.15 SSL Vs. Classical Technologies 2-45
2.16 LED Performance Vs. Traditional Light Sources 2-46
2.17 Energy Production And Use Comparison 2-50
2.18 Typical LED Drive Circuit 2-53
2.19 Integration Of LED And LED Driver Using TSV 2-55
2.20 Simple Power MOSFET Motor Controller 2-60
2.21 Basic Operating Principle Of Inverter 2-66
Chapter 3 Market Analysis 3-1
3.1 Position of Power Semiconductors in Semiconductor Market 3-9
3.2 Growth Potential of IGBTs and Power MOSFETs 3-11
3.3 IGBT Market 3-18
3.3.1 IGBT Technology Trends 3-18
3.3.2 IGBT TAM 3-18
3.3.3 IGBT Market Growth By Applications 3-21
3.3.3.1 Automotive 3-21
3.3.3.2 Power Generation And Grid 3-23
3.3.3.3 Consumer Electronics 3-25
3.3.3.4 Industrial Controls 3-27
3.3.3.5 Railway/Train 3-27
3.3.3.6 EV Charging Systems 3-30
3.3.4 IGBT Competitive Landscape 3-32
3.3.4.1 Global And China Market Share 3-32
3.3.4.2 IGBT Business Model 3-35
3.3.4.3 Technology Gap Between China And Global Players 3-35
3.4 MOSFET TAM 3-37
3.4.1 MOSFET TAM Methodology 3-40
3.4.2 MOSFET Market Growth By Applications 3-40
3.4.2.1 Automotive 3-40
3.4.2.2 EV Charging 3-42
3.4.2.3 Industrial And Medical 3-42
3.4.2.4 Consumer 3-45
3.4.2.5 Telecom Network 3-46
3.4.3.6 Computing 3-48
3.4.4 MOSFET Competitive Landscape 3-48
3.4.4.1 Global And China Market Share 3-48
3.4.4.2 China Suppliers’ Technology/Product Gaps Vs Global Peers 3-51
3.5 Emerging End Application Markets 3-52
3.5.1 Electric Vehicles 3-52
3.5.2 5G Infrastructure 3-56
3.4 Wide Bandgap Power Semiconductor Market 3-60
Chapter 4 Next-Generation Power Semiconductors 4-1
4.1 Expectations for Overcoming Silicon's Limitations 4-1
4.2 Expectations Of SiC and GaN as Next-Generation Substrates 4-3
4.3 Benefits of Wide Band Gap Semiconductors 4-3
4.4 SiC versus GaN 4-5
4.4.1 Material Properties 4-6
4.4.2 Material Quality 4-8
4.4.3 SiC Lateral Devices: 4-10
4.4.4 SiC Vertical Devices 4-10
4.4.5 GaN Lateral Devices 4-12
4.5 Fabrication of SiC devices 4-22
4.5.1 Bulk and Epitaxial Growth of SiC 4-22
4.5.1.1 Bulk Growth 4-22
4.5.1.2 Epitaxial Growth 4-23
4.5.1.3 Defects 4-23
4.5.2 Surface Preparation 4-25
4.5.3 Etching 4-27
4.5.4 Lithography 4-28
4.5.5 Ion Implantation 4-28
4.5.6 Surface Passivation 4-29
4.5.7 Metallization 4-32
4.6 Fabrication of GaN devices 4-33
4.6.1 GaN Challenges 4-37
4.6.1.1 Costs 4-37
4.6.1.2 Reliability 4-40
4.6.1.3 Component Packaging and Thermal Reliability 4-41
4.6.1.4 Control 4-41
4.6.1.5 Device Modeling 4-42
4.7 Packaging 4-42
Chapter 5 Company Profiles 5-1
5.1 Power Semiconductor Companies 5-1
5.1.1 Infineon 5-1
5.1.2 Mitsubishi 5-3
5.1.3 Toshiba 5-4
5.1.4 STMicroelectronics 5-5
5.1.5 Vishay 5-6
5.1.6 Fuji Electric 5-8
5.1.7 Renesas 5-9
5.1.8 Semikron 5-10
5.1.9 NXP Semiconductors 5-11
5.1.10 Hitachi Power Semiconductor Device 5-12
5.1.11 X-Rel Semiconductor 5-13
5.1.12 Advanced Linear Devices 5-14
5.1.13 Nexperia 5-15
5.1.14 Rohm 5-15
5.1.15 Sanken Electric 5-16
5.1.16 Shindengen Electric 5-17
5.1.17 Microchip Technology 5-18
5.1.18 GeneSiC Semiconductor 5-19
5.1.19 Semisouth Laboratories 5-20
5.1.20 United Silicon Carbide 5-20
5.1.21 MicroGaN 5-21
5.1.22 Powerex 5-23
5.1.23 Nitronix 5-23
5.1.24 Transform 5-24
5.1.25 Allegro Microsystems 5-25
5.1.26 GaN Systems 5-26
5.1.27 Navitas Semiconductor 5-27
5.1.28 Alpha and Omega Semiconductor 5-27
5.1.29 ON Semiconductor 5-28
5.1.30 Jilin Sino-Microelectronics 5-29
5.1.31 BYD Microelectronics 5-30
5.1.32 Yangzhou Yangjie Electronic Technology 5-30
5.1.33 StarPower 5-31
5.1.34 Sino Micro 5-31
5.1.35 Yangjie 5-32
5.1.36 Jiejie 5-32
5.1.37 GoodArk 5-33
5.1.38 NCE Power 5-3
List of Tables/GraphsList of Figures
1.1 Evolution Of IGBT Chip Structure 1-4
1.2 Effects Of Miniaturization Of IGBT Chip 1-6
1.3 SiC Trench-Type MOSFET And Resistance Reduction As Compared With DMOSFET 1-7
1.4 Planar And Vertical (Trench) MOSFET 1-9
1.5 Schematic Of A FinFET 1-11
1.6 Schematic Of A MOSFET And Super Junction MOSFET 1-13
1.7 Process Flow For Super Junction MOSFET 1-14
2.1 Forecast Of Solar Power 2-4
2.2 Full Bridge IGBT Topology 2-5
2.3 PV Inverter Market Distribution 2-8
2.4 Block Diagram Of Microcontroller-Based Inverter 2-11
2.5 Worldwide Wind Turbine Shipments 2-14
2.6 Top Wind Power Capacity by Country 2-15
2.7 Bill Of Materials For A Typical 30-50kw Inverter 2-20
2.8 A Simple Diagram Of A HEV Traction Drive System. 2-22
2.9 A More Complex Diagram Of PEEM In A Plug-In Hybrid Electric Vehicle (PHEV) 2-23
2.10 Conducting And Switching Loses For Inverter 2-25
2.11 Unit Pricing Trends In Power Semiconductors 2-27
2.12 HEV/EV Shipment Forecast 2-31
2.13 System And Component Costs For Wide Bandgap Semiconductors 2-32
2.14 Vertical And Lateral HEMY 2-34
2.15 GaN Lateral And GaN Vertical HEMTs In EVs 2-38
2.16 Market Drivers For LED Biz And Applications 2-41
2.17 SSL Vs. Classical Technologies 2-42
2.18 LED Performance Vs. Traditional Light Sources 2-43
2.19 Energy Production And Use Comparison 2-46
2.20 Typical LED Drive Circuit 2-49
2.21 Integration Of LED And LED Driver Using TSV 2-52
2.22 Simple Power MOSFET Motor Controller 2-57
2.23 Basic Operating Principle Of Inverter 2-63
2.24 System Block Diagram Of An Air Conditioner 2-65
3.1 Mitsubishi’s IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) Generations 3-3
3.2 Infineon’s MOSFET Generations 3-4
3.3 Intel’s FinFET Design 3-5
3.4 Fuji’s MOSFET versus Super Junction MOSFET 3-6
3.5 NEC's GaN-on-Si Power Transistor 3-7
3.6 Fujitsu’s GaN-on-SiC HEMT Transistor 3-8
3.7 Power Semiconductor Market Forecast 3-10
3.8 Power Semiconductor Market Shares 3-12
3.9 Market Forecast For Super Junction MOSFET 3-15
3.10 SJ MOSFETs as an Interim Solution 3-16
3.11 Global IGBT Shares By Application 3-19
3.12 China IGBT Shares By Application 3-20
3.13 Global And China Automotive IGBT Forecast 3-22
3.14 Global And China Power Generation IGBT Forecast 4-24
3.15 Global And China Consumer IGBT Forecast 3-26
3.16 Global And China Industrial IGBT Forecast 3-28
3.17 Global And China Industrial IGBT Forecast 3-29
3.18 Global And China EV Charging IGBT Forecast 3-31
3.19 Global IGBT Module Market Shares 3-33
3.20 Global IGBT Discrete Market Shares 3-34
3.21 Global MOSFET Shares By Application 3-38
3.22 China MOSFET Shares By Application 3-39
3.23 Global And China Automotive MOSFET Forecast 3-41
3.24 Global And China EV Charging MOSFET Forecast 3-43
3.25 Global And China Industrial MOSFET Forecast 3-44
3.26 Global And China Consumer MOSFET Forecast 3-46
3.27 Global And China Telecom MOSFET Forecast 3-47
3.28 Global And China Telecom MOSFET Forecast 3-49
3.29 MOSFET Market Shares 3-50
3.30 Power Demands For ICE And EV 3-55
3.31 5G Demand for Power Semiconductors 3-57
3.32 Forecast of Wide Bandgap Semiconductor Market 3-64
4.1 Silicon-Based Devices Reaching Maturity 4-2
4.2 Enhancement Mode GaN On Si Transistor 4-14
4.3 AlGaN/GaN HEMT, GaN MOSFET, MOS-HEMT 4-18
4.4 GaN HEMT Material Structure On Si Substrate 4-36
4.5 Power Package Integration Roadmap 4-44
List of Tables
2.1 Product Families And The Principal End Uses Of Power Products 2-2
2.2 Forecast Of On-Grid Inverters By Type 2-8
2.3 EV Shipment Forecast 2-29
2.4 Advantages And Disadvantages Of GaN Lateral HEMTs 2-39
2.5 Light Source Comparison 2-49
2.6 Forecast Of GaN And SiC Power Devices By End Applications 2-77
3.1 Power Semiconductor Forecast for Electric Vehicles 3-54
3.2 5G Semiconductor Total Available Market Forecast 3-59
4.1 Physical Properties Of Select Semiconductor Materials
4.2 Wide Bandgap Material Properties 4-7
4.3 Lattice Constant And CTE Of Semiconductor Starting Material 4-11
4.4 GaN FET Vs Si MOSFET Characteristics 4-16
4.5 Standard Chemical Solution For Surface Preparation Of SiC Substrates 4-26
4.6 Interface Trap Densities For 4H-SiC Under Different Process Conditions. 4-31
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