什么是氮化镓(GaN)
氮化镓到底是什么,又有什么优势,可以将大功率的充电器,体积缩小到如此之低呢?
这一切,先说说它是如何被发现的。
年,日本名古屋大学教授赤崎勇、天野浩和美国加州大学圣塔芭芭拉分校教授中村修二因为发明蓝光LED而获得诺贝尔物理奖。
氮化镓就是推动这个蓝光LED发展的重要新型材料,它在科研学术界的地位由此可见一斑。
氮化镓(GaN)优势
氮化镓被誉为最新一代的半导体材料,发展和应用的潜力巨大。氮化镓比硅禁带宽度大3倍,击穿场强高10倍,饱和电子迁移速度大3倍,热导率高2倍。这些性能提升带来的一些优势就是氮化镓比硅更适合做大功率高频的功率器件,同时体积还更小,功率密度还更大。
一个更加直观的例子是,假如所有电器都换成氮化镓材质,整体用电量将会减少20%。
根据半导体行业发展,半导体材料也经历了三代:
第一代半导体材料主要是指硅(Si)、锗元素(Ge)半导体材料。目前市场上还是以硅材料占据绝大部分比例。
第二代半导体材料主要是指化合物半导体材料,如砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb)等。
第三代半导体材料主要以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)为代表的宽禁带(Eg》2.3eV)半导体材料。
第三代半导体中,碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)是核心。前者目前应用更广泛,后者被寄予厚望。
但是氮化镓不同于硅等前代半导体材料,它不存在于自然界中,只能通过人工合成,研发及商用成本更高,一片五厘米大小的氮化镓片售价就超过了2万元。
氮化镓(GaN)应用领域
氮化镓这种材料,有三个比较重要的方向,分别是光电领域:
光电领域:包括我们现在常见的LED以及激光雷达和VCSEL传感器;功率领域:快充头、变频器等常见功率器件;射频领域:包括5G基站、雷达、低轨卫星等。其中蓝宝石氮化镓只能用来做LED;而硅基氮化镓可以做功率器件和小功率的射频;碳化硅氮化镓可以制造大功率LED、功率器件和大功率射频芯片。这次小米发售的快充头,就是硅基氮化镓做的功率器件的一个典型应用场景。
氮化镓(GaN)相关公司
目前国内外做氮化镓的公司不少,属于一个蓬勃发展的产业,创新公司层出不穷。
功率方面包括设计公司:
美国EPC、加拿大GaNsysterms、美国Dialog、美国Navitas、以色列VisICTech、GaNPi等。
生产环节(包括外延、制造/代工、封装):
比利时EPI、台湾嘉晶电子、汉磊、台湾欣邦、台积电、联电、TI、日本松下、韩国三星、美国IR、安森美、ST、德国X-FAB、世界先进、Towerjazz,日本DOWA等。
国内产业链:
江苏纳维、东莞中镓、华威海芯(海特高新控股子公司)、耐威科技、苏州能讯、三安光电、英诺赛科、江苏华功、江苏能华、苏州晶湛大连芯冠、苏州捷芯威、聚力成、世纪金光、山东加睿晶欣、捷笠、四川益丰电子以及13所、55所等军工单位。