2020年迎來了第三代半導體氮化鎵(GaN)的應用浪潮，其應用范圍從汽車到音頻放大器。為此外媒allaboutcircuits采訪了GaN Systems首席執行官Jim Witham，以了解他為什么認為2021年將有更多GaN被采用。
雖然20年前氮化鎵(GaN)晶體管曾是大學研究項目的重點，但這些器件現在已被整個行業廣泛采用--尤其是在2020年。
GaN晶體管現在是硅基FET的熱門替代品，因為它們具有極高的電子遷移率。這也使得GaN比硅基晶體管具有更小的導通電阻和更快的開關速度。
GaN晶體管的驅動方式與傳統MOSFET相同，因此很容易集成到現有設計中。這就是為什么2020年標志著市場對GaN的接受度達到了一個高峰，比以往任何時候都有更多的電源、音頻放大器、數據中心和汽車系統采用了GaN。
首先，從快速充電器到數據中心，GaN似乎在許多關鍵行業都取得了長足發展。雖然GaN并不是所有電源應用的解決方案，但根據Witham的說法，它的“最佳電壓范圍”在60 V到1200 V之間。
"硅適用于低電壓(60 V及以下)和低功率，GaN是中等電壓(60-1200 V)和中等功率的理想選擇，而SiC和IGBT則適合高電壓(1200 V及以上)和高功率，"他認為。
2020年GaN被廣泛采用的一個市場是手機、平板電腦和手持游戲設備等應用的充電器和適配器市場。
造成這種需求的直接原因是快速充電的廣泛推動，特別是來自亞洲制造商的快速充電。更快的充電需要更高的功率，這通常意味著設備尺寸更大。而采用GaN則可以比硅充電器實現更小的充電器和更高的功率。
"尤其是華為、Oppo和小米都在真正推動快充。"Witham說。GaN Systems預測，隨著GaN成為行業標準，2021年其他大牌也會開始將自己的GaN充電器推向市場。
對小型、高質量、低功耗的音頻設備的需求不斷增長，使得D類音頻放大器成為設計人員的最愛。依靠MOSFET輸出級，D類放大器依靠這些晶體管的快速開關速度，準確地再現了音頻波形。
對低功耗的小型高質量音頻設備的需求不斷增長，使D類音頻放大器成為設計師的最愛。D類放大器依靠這些MOSFET晶體管的快速開關速度來準確地重建音頻波形。
GaN具有極高的開關速度，這是GaN超越硅的另一個方面，有時比硅基FET快1000倍。GaNSystems的白皮書對 這種出色的音頻質量進行了量化，表明基于GaN的D類放大器可以產生低至0.004％的總諧波失真（THD），而硅產品僅為0.015％。
Witham評論說：“我有音頻專家告訴我，這將達到完美晶體管的水平。”由于尺寸減小和出色的音頻質量，GaN Systems預測，世界著名的音頻品牌將在來年生產基于GaN的音頻放大器。
從GaN Systems的角度來看，GaN是日益繁重的數據中心的必不可少的支柱，隨著越來越多的人在家工作，數據中心正在管理空前的功耗和數據密度。該公司表示，GaN晶體管可以在三個關鍵領域做出顯著改進：
實現更小，更高效的電源，將使數據中心可以在機架中放置更多服務器，從而提高每平方米的利用性能。
GaN Systems認為大有可為的最后一個領域是汽車行業。事實上，去年豐田車展上就宣布了一款 "全GaN "汽車。隨著國際政府和公眾對電動汽車的要求越來越高，除高級電池技術外，設計師還肩負著集成更小，功率密度更高的系統的任務。
在Witham眼中，2021年“就是要看到GaN晶體管上路。”
據GaN Systems公司和許多其他半導體制造商稱，早期圍繞GaN的擔憂已不再迫在眉睫。
隨著產量的增加，GaN的成本也會下降，"Witham說。
談到設計學習曲線，Witham幽默地指出："GaN有點像法拉利，你必須學會如何駕駛它。"
GaN對于Witham而言，最令人興奮的希望之一就是它將產生長期的環境影響。Witham認為：“我們正處于動力革命之中。我們看到了這些小型，輕便，高效的電力電子設備的問世。。。他們將使地球變得更美好。”
