什么是氮化鎵（GaN）？
氮化鎵，由鎵（原子序數 31）和氮（原子序數 7）結合而來的化合物。它是擁有穩定六邊形晶體結構的寬禁帶半導體材料。禁帶，是指電子從原子核軌道上脫離所需要的能量，氮化鎵的禁帶寬度為 3.4eV，是硅的 3 倍多，所以說氮化鎵擁有寬禁帶特性（WBG）。
禁帶寬度決定了一種材料所能承受的電場。氮化鎵比傳統硅材料更大的禁帶寬度，使它具有非常細窄的耗盡區，從而可以開發出載流子濃度非常高的器件結構。由于氮化鎵具有更小的晶體管、更短的電流路徑、超低的電阻和電容等優勢，氮化鎵充電器的充電器件運行速度，比傳統硅器件要快 100倍。
由于具有更高的擊穿強度、更快的開關，更高的熱導率和更低的導通電阻，氮化鎵基功率器件明顯比硅基器件更優越。 氮化鎵晶體可以在各種襯底上生長，包括藍寶石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。 在硅上生長GaN外延層可以使用現有的硅制造基礎設施，從而無需使用高成本的特定生產設施，而且以低成本采用大直徑的硅晶片。
更重要的是，氮化鎵相比傳統的硅，可以在更小的器件空間內處理更大的電場，同時提供更快的開關速度。此外，氮化鎵比硅基半導體器件，可以在更高的溫度下工作。
氮化鎵用于制造半導體功率器件，也可以用于制造射頻元件和發光二極管（LED）。 氮化鎵技術展示出它可以在功率轉換、射頻及模擬應用中，替代硅基半導體技術。
為什么氮化鎵(GaN)很重要？
氮化鎵(GaN)的重要性日益凸顯。因為它與傳統的硅技術相比，不僅性能優異，應用范圍廣泛，而且還能有效減少能量損耗和空間的占用。在一些研發和應用中，傳統硅器件在能量轉換方面，已經達到了它的物理極限。而上限更高的氮化鎵，可以將充電效率、開關速度、產品尺寸和耐熱性的優勢有機統一，自然更受青睞。
隨著全球能量需求的不斷增加，采用氮化鎵技術除了能滿足能量需求，還可以有效減少碳排放。事實上，氮化鎵的設計和集成度，已經被證明可以成為充當下一代功率半導體，其碳足跡比傳統的硅基器件要小10倍。據估計，如果全球采用硅芯片器件的數據中心，都升級為使用氮化鎵功率芯片器件，那全球的數據中心將減少30-40% 的能源浪費，相當于節省了 100 兆瓦時太陽能和減少1.25 億噸二氧化碳排放量。
氮化鎵的吸引力不僅僅在于性能和系統層面的能源利用率的提高。當我們發現，制造一顆氮化鎵功率芯片，可以在生產制造環節減少80% 化學物及能源損耗，此外還能再節省超過 50% 的包裝材料，那氮化鎵的環保優勢，將遠遠大于傳統慢速硅材料。
把電子性能提升至另一個更高的水平及使得摩爾定律復活的領先侯選原材料，就是氮化鎵材料。目前已經被證實，與硅基器件相比，氮化鎵器件傳導電子的效率可以高出1000倍，而同時比硅基器件的制造成本較低。硅基器件的技術發展已經到了極限，而一種新興并具備較高性能的半導體材料正在冒起 - 氮化鎵材料。
氮化鎵的應用領域有哪些？
長期以來，氮化鎵一直被用于 LED 和射頻元件的生產，但現在，不斷發展增長的電源開關和轉換應用市場中，氮化鎵越來越成為主流選擇。而基于氮化鎵的功率芯片，還可以滿足高性能、空間占用小、耐高溫的要求。
在手機和筆記本電腦中，你可以用基于氮化鎵的射頻器件，收發移動網絡和 WiFi 信號。而為這些設備充電的充電器，也越來越多地采用氮化鎵功率芯片。目前，功率氮化鎵最大的市場，是移動設備的快充市場。氮化鎵功率芯片可以讓使充電器的充電速度，比傳統硅充電器快高三倍，但尺寸和重量，只有后者的一半。更重要的是，采用氮化鎵的單口充電器產品，價格只有最好的舊款硅充電器的一半；而多口輸出的氮化鎵充電器，價格更是比舊款硅充電器低三倍多。
氮化鎵功率芯片也能部署在數據中心服務器之中。隨著數據中心流量的增加，硅傳輸能量的能力到達了“物理性質”的限制。最終，傳統的硅芯片，在功率芯片領域會被高速的氮化鎵功率芯片取而代之。
數據中心硬件的整合、新的 HVDC 高壓直流架構方法，以及大規模量產、高度集成的氮化鎵功率芯片，使充電效率得到了重大改善。據估計，如果全球采用硅器件的數據中心，都升級為氮化鎵器件，那全球的數據中心將減少30-40% 的能源浪費，相當于相當于節省了 100 兆瓦時太陽能和1.25 億噸二氧化碳排放量。因此，使用氮化鎵，代表著數據中心行業向“凈零排放”（Net-Zero）的目標，又邁出堅實的一步。
在汽車行業，氮化鎵正成為新能源汽車領域中，電源轉換和電池充電的首選技術。基于氮化鎵的功率產品，也越來越多地出現在太陽能發電裝置采用的逆變器中，以及電機驅動和其他工業電源轉換的方案中。
氮化鎵的未來發展方向是什么?
盡管 GaN 等寬帶隙器件的定制封裝仍處于起步階段，但它是一個將在未來十年內得到大力發展的主題。有創新的解決方案可以轉移器件端子，例如焊盤下電路 (CUP) 結構和穿 GaN 溝槽開始進入市場。
目前正在進行關于更好的熱界面材料和芯片連接方法的學術研究。從傳統的焊接轉向使用銀的燒結方法正在獲得動力。
像所有功率半導體一樣，沒有一種萬能的方法，我認為我們將看到更多的多樣性和量身定制的解決方案向前發展，這將是令人著迷的！
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