第3代半導體材料--氮化鎵

2月13日，小米年度旗艦手機小米10正式發布，其中有一款手機搭載Type-C 65W氮化鎵充電器脫穎而出。雷軍在發布會上介紹，氮化鎵是一種新型半導體材料，做出的充電器體積特別小，充電效率卻特別高，像小米氮化鎵65W充電器，比標配的65W充電器體積要小一半，而要把Mi 10 PRO充滿電只需要45分鐘。

“神秘”的氮化鎵

氮化鎵是由氮和鎵組成的一種半導體材料，因其禁帶寬度（半導體的一個重要特征參量，決定著器件的耐壓和最高工作溫度）大于2.2eV，也被稱為寬禁帶半導體材料。

外界更為熟悉的碳化硅，其實也是寬禁帶半導體，因此，氮化鎵和碳化硅在特性上有很多相似之處，比如都有較高的電子遷移率和耐高溫性。

若進一步比較，氮化鎵的高頻特性會比碳化硅更好，且硅基氮化鎵的成本更低，應用場景主要是在10kw和900v以下。

實際上氮化鎵并不是一個新鮮事物，它在國外已經推了十幾年，國內也早有研究，早在1990年氮化鎵就應用在在發光二極管中，1998年中國十大科技成果之一是合成納米氮化鎵。

  品利基金在一份研報中指出，氮化鎵目前的應用方向主要有三個：一是光電領域，如LED、VCSEL傳感器等；二是功率領域，包括快充頭、變頻器、新能源汽車、消費電子等電子電力器件；三是射頻領域，包括5G基站、軍事雷達、低軌衛星、航天航空等領域。

最近幾年隨著大家對氮化鎵研究的不斷深入，氮化鎵的應用越來越廣，而且最近幾年開始成為第3代芯片材料。

與傳統的硅芯片材料相比，氮化鎵優勢是非常明顯的，傳統的硅芯片材料本身就有一些缺陷，比如當溫度超過200攝氏度后，硅基設備開始出故障，而相對來說，氮化鎵的堅硬性好，熔點高達1700℃，其耐高溫程度要遠遠超過普通的圭硅心片材料，此外氮化鎵能應對的電場強度也是硅的50多倍。

也正因為氮化鎵具有良好的耐熱性能，因此由其制成的電子設備幾乎不需要冷卻，很多電子設備配備氮化鎵晶體管后將不再需要高能耗的冷卻系統，從而減少電子設備的能耗。

隨著GaN產品在消費電子滲透率提升和5G基建剛需的帶動下，成本下降，應用場景將進一步擴大到5G基站、新能源汽車、激光雷達、數據中心等，這給平板變壓器未來應用場景帶來更多可能。

原本在航天發展里面，所有的東西都是專用的。比如說衛星，本身實際上就是太空計算機，衛星這個行業它的本質其實是在近地軌道上放置一個計算機，通過火箭完成發射，并且把這個太空計算機放到近地軌道上。隨后，這個太空計算機在太空中把光能轉化為電能，繼而進行運算。因為衛星運行軌道上有太空射線、溫差等一系列的特殊的空間環境，所以我們必須使用專用芯片。但是，經過七八年左右的發展，太空芯片已經可以和地面的芯片，包括汽車工業體系進行融合。可以看出，科技在其中起到非常重大的推動作用，包括太空材料的進步，也包括氮化鎵的運用。