Marktbericht für GaN-Leistungshalbleiter: Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Bauelementen (GaN-HEMTs, GaN-FETs, GaN-Leistungs-ICs, GaN-Leistungsmodule, GaN-Schottky-Dioden, GaN-HF-Leistungsverstärker), Spannungsbereich (600 V), Branchen (Medizin, Militär, Verteidigung und Luft- und Raumfahrt, Erneuerbare Energien, Industrie, Unterhaltungselektronik, IT und Telekommunikation, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt), Anwendungen (Antrieb, Netzteil und Wechselrichter, Hochfrequenztechnik, Gesundheitswesen, Sonstige) und Region (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika). Prognosen für 2024–2032.

Marktdynamik

Treiber des globalen Marktes für Gan-Leistungsgeräte

Sinkende Preise für Gan-Geräte

Der Einsatz von GaN-Leistungshalbleitern dürfte mit sinkenden Preisen in verschiedenen Branchen zunehmen. Neu auf den Markt gebrachte GaN-Leistungstransistoren und -Module zeichnen sich durch eine große Bandlücke aus und bieten eine mit SiC vergleichbare Leistung bei deutlich geringeren Kosten. Diese Kostenreduzierung ist möglich, da Siliziumsubstrate, die leichter verfügbar und kostengünstiger als SiC sind, für die Entwicklung von GaN-Leistungshalbleitern verwendet werden können. Im Vergleich zu Silizium-MOSFETs und IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistors) wird erwartet, dass GaN-auf-Silizium-Bauelemente eine mindestens gleichwertige, mitunter sogar bessere Leistung als Silizium-MOSFETs aufweisen.

Zunehmende Nutzung von drahtlosem Laden

WiTricity Corp., einGeschäft mit drahtloser Ladetechnologiewurde das drahtlose Laden mit einem GaN-Feldeffekttransistor (FET) demonstriert. Im Vergleich zu Silizium-MOSFETs ermöglicht die höhere Schaltgeschwindigkeit von GaN-FETs eine effizientere resonante drahtlose Energieübertragung. Siliziumbasierte Leistungs-MOSFETs sind bei höheren Frequenzen aufgrund ihrer begrenzten Schaltleistung eingeschränkt. GaN-Leistungsbauelemente werden aufgrund ihrer hohen Schaltleistung in drahtlosen Ladeanwendungen eingesetzt. Bezüglich der Trägerfrequenz bei der Resonanzübertragung sind GaN-Transistoren überlegen. Dies ermöglicht die Energieübertragung über große Entfernungen in verschiedenen Anwendungen in den Bereichen Konsumgüter, Medizin, Industrie und Automobil. Die sinkenden Kosten von GaN-Bauelementen sind ein weiterer Faktor, der die Nachfrage nach ihnen in drahtlosen Ladeanwendungen antreibt.

Hemmnisse auf dem globalen Markt für Gan-Leistungsgeräte

Geringere Verfügbarkeit von Gan-Material

Die mangelnde Verfügbarkeit ist das Haupthindernis für die breite Kommerzialisierung von GaN-Leistungshalbleitern. Obwohl einige GaN-Bauelemente verfügbar sind, ist die Auswahl begrenzt. Vor allem benötigen nur wenige Geräte Offline-Netzteile mit Spannungen über 600 Volt. Der breite Einsatz von GaN-Leistungshalbleitern wird zudem durch das Fehlen definierter Spezifikationen und Spezifikationen behindert. Es gibt keine verlässlichen Zweitlieferanten für die am Markt erhältlichen Geräte, was die Verbreitung von GaN-Bauelementen erheblich einschränkt.

Globale Marktchancen für Gan-Leistungsgeräte

Regierungsinitiativen im Bereich HGÜ und intelligente Stromnetze

Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungssysteme (HGÜ) und intelligente Stromnetze sind zwei Anwendungsgebiete für GaN-Leistungshalbleiter. Diese ermöglichen eine verbesserte Lastverteilung, eine flexiblere Netztopologie und Echtzeit-Fehlerbehebung. Leistungshalbleiter können Hochspannungen steuern, da sie hochfrequentes Schalten effizienter gestalten. Modulare Multilevel-Umrichter (MMC) nutzen ebenfalls Leistungsmodule, wodurch Leistungsverluste reduziert werden. In HGÜ-Systemen werden häufig Umrichter mit GaN-Leistungshalbleitermodulen eingesetzt. Darüber hinaus investieren Regierungen vieler Länder, darunter China, Japan und die USA, erheblich in die Technologie intelligenter Stromnetze, um ihre Stromnetze zu modernisieren.

Segmentanalyse

Der globale Markt für GaN-Leistungshalbleiter ist nach Gerätetyp und Industriezweig segmentiert.

Durch Geräteanalyse

Basierend auf dem Bauelement wird der globale Markt in diskrete GaN-Leistungsbauelemente, GaN-Leistungs-ICs und GaN-Leistungsmodule unterteilt.

Das Segment der GaN-Leistungsmodule trägt am meisten zum Markt bei und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 33,80 % wachsen. GaN-Leistungsmodule erfreuen sich aufgrund ihrer unübertroffenen Langlebigkeit und Effizienz weltweit zunehmender Beliebtheit. IGBT- und MOSFET-Module werden in vielen Branchen zur Stromversorgung von Hochspannungsgeräten wie Schweißgeräten, Walzwerken und Wasserpumpen eingesetzt. GaN-Leistungsmodule ersetzen ihre Pendants aufgrund ihres niedrigeren Preises und ihrer höheren Effizienz zunehmend. Der Markt expandiert, da diese Leistungsmodule im aktuellen Geschäftsumfeld aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit und der einfachen Steuerung bei hohen Spannungen bevorzugt werden.

GaN-Leistungshalbleiter sind elektronische Bauteile mit nur einem aktiven (z. B. einer Diode) oder passiven (z. B. einem Widerstand, Kondensator, einer Induktivität oder einem Kondensator) Bauelement (Transistor oder Elektronenröhre). Sie zeichnen sich durch kompakte Bauweise, geringes Gewicht und niedrigen Stromverbrauch aus. Zu diesen Bauteilen gehören Transistorarrays, MOSFETs, J-FETs, Bipolartransistoren und Transistoren mit integrierten Widerständen. Im Vergleich zu Siliziumbauelementen ermöglichen GaN-Leistungshalbleiter extrem hohe Schaltgeschwindigkeiten bei deutlich geringeren Schaltverlusten und höherer Effizienz dank ihrer niedrigen Gate-Ladung und Ausgangskapazität. Beispielsweise ist die 80-V-GaN-FET-Leistungsstufe LMG5200 kompakt und eignet sich für Anwendungen mit hohen Leistungsanforderungen.

Durch industrielle Vertikalanalyse

Basierend auf den Branchensegmenten ist der globale Markt in Unterhaltungselektronik, IT und Telekommunikation, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung und Sonstige unterteilt.

Das IT- und Telekommunikationssegment hält den größten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 36,10 % wachsen. Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften, wie der enormen Bandlücke und der hohen Sättigungselektronengeschwindigkeit, müssen GaN-Bauelemente in Hochleistungs- und Hochgeschwindigkeits-Elektronenanwendungen im Kommunikationsbereich eingesetzt werden. Im Vergleich zu den derzeit verwendeten Galliumarsen-Bauelementen (GaA) weisen GaN-HEMTs (High Electron Mobility Transistors) bessere Eigenschaften in Hochleistungs- und Breitbandanwendungen auf. Breitbandige Mikrowellenleistungssysteme in der Kommunikation eröffnen sich dank der hohen Leistungsdichte und der vergleichsweise hohen Impedanz dieser Bauelemente neue Perspektiven.

GaN-Leistungshalbleiter ebnen den Weg für kabelloses Laden in der Unterhaltungselektronik – eine bahnbrechende Technologie, die sich rasant wachsender Beliebtheit erfreut. Auch das Schnellladen von Smartphones wird durch den Einsatz von GaN-Leistungshalbleitern ermöglicht. Darüber hinaus trägt kabelloses Laden zu kürzeren Ladezeiten, einem höheren Wirkungsgrad von Photovoltaikmodulen und kleineren Photovoltaikmodulgrößen bei. Laptops, Smartphones und Photovoltaikmodul-Ladegeräte sind die Haupttreiber für den Einsatz von GaN-Leistungshalbleitern beim kabellosen Laden.

Für Elektro- und Hybridfahrzeuge werden GaN-Leistungshalbleiter eingesetzt. Es gibt zwei Arten von GaN-Leistungshalbleitern für die Automobilindustrie: laterale und vertikale GaN-Leistungshalbleiter. Im Vergleich zu Si-Leistungs-MOSFETs weisen laterale GaN-Leistungshalbleiter höhere Sperrspannungen von 600 Volt, verbesserte Leistungseigenschaften, einen geringeren Innenwiderstand und eine hohe Resonanzgeschwindigkeit auf, was sie besonders beliebt macht. Zukünftige Anwendungen in der Fahrzeugelektrifizierung bieten GaN-Leistungshalbleitern vielversprechende Perspektiven. Die relevanten Material- und Gerätetechnologien haben sich in den letzten zehn Jahren rasant weiterentwickelt. Es wird erwartet, dass GaN-Leistungshalbleiter aufgrund der geringeren elektrischen Umwandlungsverluste in Elektro- und Hybridfahrzeugen eine immer größere Rolle spielen werden.

Regionalanalyse

Nordamerika dominiert den Weltmarkt

Der globale Markt für GaN-Leistungshalbleiter ist in vier Regionen unterteilt: Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik und LAMEA (Lateinamerika, Naher Osten und Afrika).

Nordamerika ist der größte Anteilseigner des globalen Marktes für GaN-Leistungshalbleiter und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 34,60 % wachsen. Nordamerika ist Marktführer für GaN-Leistungshalbleiter, da Länder wie die USA und Kanada ihr Engagement im Kampf gegen die Umweltverschmutzung durch die Förderung von Elektrofahrzeugen (EVs) und Hybridfahrzeugen (HEVs) verstärken, die GaN-Leistungshalbleiter in großem Umfang nutzen. Ein weiterer Wachstumstreiber für den GaN-Leistungshalbleitermarkt in dieser Region sind die hohen Verteidigungsausgaben der USA.

Für Europa wird ein jährliches Wachstum von 36,20 % erwartet, was einem Umsatz von 842,55 Millionen US-Dollar im Prognosezeitraum entspricht. Deutschland hält den größten Marktanteil unter allen europäischen Ländern. GaN-Leistungshalbleiter bieten in Europa vielfältige Expansionsmöglichkeiten aufgrund des Anstiegs digitaler Elektronikgeräte, der zunehmenden Verbreitung moderner Elektrofahrzeuge und fortschrittlicher virtueller Systeme. Der Markt in Europa dürfte in den kommenden Jahren aufgrund des Bedarfs an hochmodernen Elektroautos rasant wachsen. Die Übernahme kleinerer Unternehmen, die steigende Nachfrage nach Produkten mit geringem Stromverbrauch und proaktive staatliche Maßnahmen in Form von Fördergeldern tragen alle zum Gesamtwachstum des Marktes bei.

Der asiatisch-pazifische Raum verzeichnet die höchsten Wachstumsraten im Marktanteil von GaN-Leistungshalbleitern. Dies ist auf die Präsenz großer Hochspannungskraftwerke, die steigende Nachfrage nach Leistungsmodulen und das Bevölkerungswachstum zurückzuführen. Prognosen zufolge verarbeiten Leistungselektroniksysteme mit GaN-Transistoren rund 70 % der gesamten elektrischen Energie. Diese Bauelemente finden breite Anwendung in zahlreichen Branchen, darunter die Automobilindustrie, Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien und die Infrastruktur von Stromnetzen. Unternehmen verschiedenster Branchen haben erkannt, wie wichtig Leistungselektronik für das Energiemanagement ist. Die starke Nachfrage nach automatisierten Schaltgeräten und Leistungsmodulen dürfte das Marktwachstum zusätzlich ankurbeln.

Die steigende Nachfrage nach GaN-Leistungshalbleitern in LAMEA dürfte durch den wachsenden Bedarf der Region an robusten Leistungs-ICs befeuert werden. GaN-Leistungsmodule sind aufgrund ihrer hervorragenden Effizienz in der Region sehr gefragt. Der zunehmende Wunsch nach Spitzentechnologie treibt die Nachfrage weiter an.Einführung von LeistungselektronikDer Einsatz von GaN-Leistungshalbleitern in Elektronikprodukten wie Kühlschränken, Fernsehern und Waschmaschinen hat Lateinamerika ebenfalls zu mehr Anerkennung bei globalen Anbietern verholfen. Der Markt für GaN-Leistungshalbleiter in der LAMEA-Region wächst aufgrund der steigenden Nachfrage nach Energiemanagement-Bauelementen in verschiedenen Bereichen der Elektronikindustrie und der zunehmenden Verbreitung von Elektroautos.