สำนักข่าว Nikkei รายงานว่า บริษัทญี่ปุ่นหลายแห่งกำลังเร่งพัฒนาการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์จากแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ในปริมาณมาก โดยมุ่งหวังที่จะเพิ่มประสิทธิภาพและระยะทางการขับขี่ แม้ว่าต้นทุนการผลิตที่สูงยังคงเป็นความท้าทายสำคัญ

แกลเลียมไนไตรด์คืออะไร?

แกลเลียมไนไตรด์ (GaN) เป็นวัสดุสำหรับผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ประเภท "next-generation" ที่มีคุณสมบัติเหนือกว่าสารกึ่งตัวนำซิลิคอนแบบเดิมๆ และใช้ควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าในรถยนต์ไฟฟ้า โดยมีคุณสมบัติสำคัญคือ มีการสูญเสียพลังงานต่ำมาก ทำให้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

นอกจากนี้ GaN กำลังแข่งขันกับซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เพื่อนำมาประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า เพราะรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้สารกึ่งตัวนำซิลิคอนแบบเดิมใช้เวลาชาร์จ 90 นาที หากใช้ SiC อาจลดเวลาชาร์จเหลือ 20 นาที แต่ถ้าใช้ GaN ในอนาคตอาจลดเวลาชาร์จเหลือเพียง 5 นาที ซึ่งสามารถลดเวลาในการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าได้อย่างมาก  แม้ GaN จะมีประสิทธิภาพที่ค่อนข้างสูงแต่ก็ยังคงมีความท้าทายในด้านต้นทุนที่สูงเช่นกัน

ทำไมญี่ปุ่นถึงเร่งพัฒนา GaN?

• เพิ่มศักยภาพรถยนต์ไฟฟ้า: GaN ช่วยเพิ่มระยะการขับขี่และลดเวลาในการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการผลักดันให้รถยนต์ไฟฟ้าเป็นที่นิยม
• การเติบโตของตลาด: GaN มีการใช้งานที่หลากหลาย เช่น LED สีฟ้า อุปกรณ์ชาร์จสมาร์ทโฟน และอื่นๆ โดย Omdia บริษัทวิจัยคาดการณ์ว่าตลาด GaN ทั่วโลกจะเติบโตเกิน 2.3 พันล้านดอลลาร์ในปี 2030 ซึ่งมากกว่า 11 เท่าของขนาดในปี 2023
• ความได้เปรียบในการแข่งขัน: ญี่ปุ่นมีเทคโนโลยีและความเชี่ยวชาญในการผลิตสารกึ่งตัวนำ การพัฒนา GaN จะช่วยให้ญี่ปุ่นรักษาความเป็นผู้นำในอุตสาหกรรมนี้ไว้ได้

ความคืบหน้าการพัฒนา GaN ในญี่ปุ่น

• Sumitomo Chemical: พัฒนาระบบการผลิต GaN ขนาด 50 มม. และ 100 มม. และจะเริ่มทดสอบขนาด 150 มม. ซึ่งเป็นขนาดขั้นต่ำสำหรับรถยนต์ ภายในปีนี้ โดยตั้งเป้าการผลิตจำนวนมากในปีงบประมาณ 2028
• Mitsubishi Chemical: เริ่มทดสอบ GaN ขนาด 100 มม. และวางแผนทดสอบขนาด 150 มม. ในปี 2025 ตั้งเป้ายอดขายประมาณ 10,000 ล้านเยน (67 ล้านดอลลาร์) ในปีงบประมาณ 2030 และคาดว่าจะลดต้นทุนการผลิตลงได้ถึง 1 ใน 10 ของวิธีการผลิตแบบดั้งเดิม
• Toyoda Gosei: กำลังพัฒนา GaN แบบครบวงจร ตั้งแต่ผลึกเริ่มต้นของ GaN ไปจนถึงแผ่นฐานและอุปกรณ์  เพิ่มกำลังการผลิตผลึกเริ่มต้นเป็น 10 เท่าภายในมีนาคม 2025 และมีแผนที่จะร่วมมือกับ Mitsubishi Chemical ในการผลิตจำนวนมาก
• Shin-Etsu Chemical: พัฒนา GaN ขนาด 300 มม. สำหรับอุปกรณ์แบบวางแนวนอน และกำลังพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตขนาด 200 มม. สำหรับอุปกรณ์แบบแนวตั้ง

ความท้าทายในการพัฒนา GaN

• ต้นทุนสูง: SiC ยังคงมีต้นทุนต่ำกว่า GaN ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการนำ GaN มาใช้ในวงกว้าง
• เทคโนโลยีการผลิต: GaN มีความแข็งมาก การขัดเงาต้องใช้เวลานานกว่า SiC ถึง 3-4 เท่า จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีการผลิตเฉพาะเพื่อทางลดต้นทุนในกระบวนการผลิตทั้งหมด
• การแข่งขันกับ SiC: SiC มีต้นทุนต่ำกว่าในปัจจุบัน แต่ GaN ใช้พื้นที่ในการผลิตน้อยกว่า SiC ถึง 1 ใน 3 สำหรับประสิทธิภาพเท่ากัน

อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญบางคนเชื่อว่า GaN มีคุณสมบัติอื่น ๆ ที่จะชดเชยต้นทุนที่สูงได้ในอนาคต เนื่องจากใช้พื้นที่ในการผลิตน้อยกว่า SiC ซึ่งอาจทำให้ลูกค้าบางรายยอมรับราคาที่สูงกว่าได้ และแม้จะมีความท้าทาย แต่หลายในบริษัทในญี่ปุ่นก็ได้แสดงความเชื่อมั่นว่า GaN มีศักยภาพสูงในการปฏิวัติอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้า และจะยังคงเดินหน้าพัฒนา GaN เพื่อลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตต่อไป

อ้างอิง Nikkei Asia