GaN被譽(yù)為繼第一代Ge、Si半導(dǎo)體材料，第二代GaAs、InP化合物半導(dǎo)體材料之后的第三代半導(dǎo)體材料，在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應(yīng)用方面有著廣闊的前景。
氮化鎵相比傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體，有著比硅基半導(dǎo)體出色的擊穿能力，更高的電子密度和電子遷移率，還有更高的工作溫度。這首先體現(xiàn)了低損耗和高開(kāi)關(guān)頻率，低損耗可降低導(dǎo)阻帶來(lái)的發(fā)熱，高開(kāi)關(guān)頻率可減小變壓器和電容的體積，有助于減小充電器的體積和重量。同時(shí)GaN具有更小的Qg，可以很容易的提升頻率，降低驅(qū)動(dòng)損耗。
不過(guò)制造工藝上氮化鎵和傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體不同。氮化鎵的襯底是在高溫下利用金屬有機(jī)氣相沉積（MOCVD）或者分子束外延（MBE）技術(shù)生長(zhǎng)的。氮化鎵與一般半導(dǎo)體材料的最大區(qū)別是禁帶更寬。禁帶寬度是表征價(jià)電子被束縛強(qiáng)弱程度的一個(gè)物理量，禁帶越寬，對(duì)價(jià)電子的束縛越緊，使價(jià)電子擺脫束縛成為自由電子的能量越大。禁帶寬度也決定了自由移動(dòng)電子的質(zhì)量。
氮化鎵應(yīng)用風(fēng)口
氮化鎵的誕生，伴隨著科技發(fā)展服務(wù)人類美好生活的使命而來(lái)。眾多新技術(shù)、新應(yīng)用、新市場(chǎng)，在氮化鎵從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)那一刻，注定吸引了全球眼球。這些新興的市場(chǎng)就包括了5G、射頻、快充等等，我們列舉幾個(gè)氮化鎵目前即將大規(guī)模商用的領(lǐng)域與大家分享。
1、5G商用臨近
射頻氮化鎵技術(shù)是5G的絕配，基站功放使用氮化鎵。氮化鎵（GaN）、砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）是射頻應(yīng)用中常用的三五價(jià)半導(dǎo)體材料。與砷化鎵和磷化銦等高頻工藝相比，氮化鎵器件輸出的功率更大；與LDCMOS和碳化硅（SiC）等功率工藝相比，氮化鎵的頻率特性更好。氮化鎵器件的瞬時(shí)帶寬更高，這一點(diǎn)很重要，載波聚合技術(shù)的使用以及準(zhǔn)備使用更高頻率的載波都是為了得到更大的帶寬。
與硅或者其他三五價(jià)器件相比，氮化鎵速度更快。GaN可以實(shí)現(xiàn)更高的功率密度。對(duì)于既定功率水平，GaN具有體積小的優(yōu)勢(shì)。有了更小的器件，就可以減小器件電容，從而使得較高帶寬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得更加輕松。射頻電路中的一個(gè)關(guān)鍵組成是PA（Power Amplifier，功率放大器）。
從目前的應(yīng)用上看，功率放大器主要由砷化鎵功率放大器和互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體功率放大器（CMOS PA）組成，其中又以GaAs PA為主流。但隨著5G的到來(lái)，砷化鎵器件將無(wú)法滿足在如此高的頻率下保持高集成度，于是GaN成為下一個(gè)熱點(diǎn)。氮化鎵作為一種寬禁帶半導(dǎo)體，可承受更高的工作電壓，意味著其功率密度及可工作溫度更高，因而具有高功率密度、低能耗、適合高頻率、支持寬帶寬等特點(diǎn)。
高通公司總裁 Cristiano Amon 在2018 高通 4G / 5G 峰會(huì)上表示：預(yù)計(jì)明年上半年和年底圣誕新年檔期將會(huì)是兩波 5G 手機(jī)上市潮，首批商用 5G 手機(jī)即將登場(chǎng)。據(jù)介紹，5G 技術(shù)預(yù)計(jì)將提供比目前的 4G 網(wǎng)絡(luò)快 10 至 100 倍的速度，達(dá)到每秒千兆的級(jí)別，同時(shí)能夠更為有效地降低延遲。
在5G的關(guān)鍵技術(shù)Massive MIMO應(yīng)用中，基站收發(fā)信機(jī)上使用大數(shù)量（如32/64等）的陣列天線來(lái)實(shí)現(xiàn)了更大的無(wú)線數(shù)據(jù)流量和連接可靠性，這種架構(gòu)需要相應(yīng)的射頻收發(fā)單元陣列配套，因此射頻器件的數(shù)量將大為增加，器件的尺寸大小很關(guān)鍵，利用GaN的尺寸小、效率高和功率密度大的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)高集化的解決方案，如模塊化射頻前端器件。同時(shí)在5G毫米波應(yīng)用上，GaN的高功率密度特性在實(shí)現(xiàn)相同覆蓋條件及用戶追蹤功能下，可有效減少收發(fā)通道數(shù)及整體方案的尺寸。實(shí)現(xiàn)性能成本的最優(yōu)化組合。
除了基站射頻收發(fā)單元陳列中所需的射頻器件數(shù)量大為增加，基站密度和基站數(shù)量也會(huì)大為增加，因此相比3G、4G時(shí)代，5G時(shí)代的射頻器件將會(huì)以幾十倍、甚至上百倍的數(shù)量增加，因此成本的控制非常關(guān)鍵，而硅基氮化鎵在成本上具有巨大的優(yōu)勢(shì)，隨著硅基氮化鎵技術(shù)的成熟，它能以最大的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)取得市場(chǎng)的突破。
2、消費(fèi)類產(chǎn)品快充需求旺盛
隨著電子產(chǎn)品的屏幕越來(lái)越大，充電器的功率也隨之增大，尤其是對(duì)于大功率的快充充電器，使用傳統(tǒng)的功率開(kāi)關(guān)無(wú)法改變充電器的現(xiàn)狀。而GaN技術(shù)可以做到，因?yàn)樗悄壳叭蜃羁斓墓β书_(kāi)關(guān)器件，并且可以在高速開(kāi)關(guān)的情況下仍保持高效率水平，能夠應(yīng)用于更小的元件，應(yīng)用于充電器時(shí)可以有效縮小產(chǎn)品尺寸，比如使目前的典型45W適配器設(shè)計(jì)可以采用25W或更小的外形設(shè)計(jì)。
氮化鎵充電器可謂吸引了全球眼球，高速高頻高效讓大功率USB PD充電器不再是魁梧磚塊，小巧的體積一樣可以實(shí)現(xiàn)大功率輸出，比APPLE原廠30W充電器更小更輕便。
將內(nèi)置氮化鎵充電器與傳統(tǒng)充電器并排放在一起看看，內(nèi)置氮化鎵充電器輸出功率達(dá)到27W，APPLE USB-C充電器輸出功率30W，兩者功率相差不大，但體積上卻是完全不同的級(jí)別，內(nèi)置氮化鎵充電器比蘋(píng)果充電器體積小40%。
據(jù)充電頭網(wǎng)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2018年10月23日，市面上支持USB PD快充的手機(jī)達(dá)到52款，另有20款手機(jī)支持USB PD3.0（PPS）快充。以下是詳細(xì)的手機(jī)型號(hào)列表：
可以看到，幾乎所有主流的手機(jī)廠商都已將USB PD快充協(xié)議納入到了手機(jī)的充電配置。USB PD快充的手機(jī)已經(jīng)多達(dá)52款型號(hào)和覆蓋15個(gè)品牌，其中不乏蘋(píng)果、華為、小米、三星等一線大廠品牌。
從各大手機(jī)廠商和芯片原廠的布局來(lái)看，USB PD快充將成為目前手機(jī)、游戲機(jī)、筆記本電腦等電子設(shè)備的首選充電方案，而USB Type-C也將成為下一個(gè)十年電子設(shè)備之間電力與數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈ㄒ唤涌冢琔SB PD快充協(xié)議大一統(tǒng)的局面即將到來(lái)。
3、激光雷達(dá)讓無(wú)人駕駛更安全
激光雷達(dá)（LiDAR）使用鐳射脈沖快速形成三維圖像或?yàn)橹車(chē)h(huán)境制作電子地圖。氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管相較MOSFET器件而言，開(kāi)關(guān)速度快十倍，使得LiDAR系統(tǒng)具備優(yōu)越的解像度及更快速反應(yīng)時(shí)間等優(yōu)勢(shì)，由于可實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，因此可推動(dòng)更高準(zhǔn)確性。這些性能推動(dòng)全新及更廣闊的LiDAR應(yīng)用領(lǐng)域的出現(xiàn)包括支持電玩應(yīng)用的偵測(cè)實(shí)時(shí)動(dòng)作、以手勢(shì)驅(qū)動(dòng)指令的計(jì)算機(jī)及自動(dòng)駕駛汽車(chē)等應(yīng)用。
在大力研發(fā)和推進(jìn)自動(dòng)化汽車(chē)普及過(guò)程中，汽車(chē)廠商和科技企業(yè)都在尋覓傳感器和攝像頭之間的最佳搭配組合，有效控制成本且可以大批量生產(chǎn)的前提下，最大限度的提升對(duì)周?chē)h(huán)境的感知和視覺(jué)能力。
氮化鎵的傳輸速度明顯更快，是目前激光雷達(dá)應(yīng)用中硅元素的 100 甚至 1000 倍。這樣的速度意味著拍攝照片的速度，照片的銳度以及精準(zhǔn)度。
讓我們描述道路前方的事物和變道的顏色預(yù)警。激光雷達(dá)能檢測(cè)前方路段是否有障礙物存在。通過(guò)激光雷達(dá)你能夠更全面地了解地形變化，一些你無(wú)法看到的地形。而單純的使用攝像頭或者雷達(dá)都無(wú)法勝任這項(xiàng)工作，因?yàn)閮烧吒髯陨砩隙加卸贪搴筒蛔恪?/p>
