第1个回答 2020-10-12
今年备受关注的热门材料之一，在GaN产业链上产生鲶鱼效应。
GaN除了快充细分领域，在微波射频、电力电子和光电子等领域同样有其用武之地。就像2017年iPhone的3D传感应用带动了上游垂直腔面发射激光器(VCSEL)的快速发展，如今快充市场的普及，是否会推动GaN材料的产业化进程？
那就跟随我们，一起来了解下GaN及其产业情况吧。
GaN是什么？
首先，让我们从他的名称开始了解。GaN是一种新型的半导体材料，中文名为GaN，英文名为 Gallium nitride，简称GaN。
它是氮和镓的化合物，从性质上来说，它是一种非常坚硬的材料，具有纤锌矿晶体结构。早在1990年，GaN就被经常用于发光二极管中。不过当时因为制作工艺难度高，所以并没有被推广使用。除了是一种直接能隙（Direct Bandgap）的半导体，它也是一种宽禁带半导体材料。在半导体材料中，与碳化硅（SiC）同被称为“第三代半导体材料”。
小知识
1
第一代半导体材料：主要是指硅（Si）、锗元素（Ge）半导体材料。
2
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）；三元化合物半导体，如GaAsAl、GaAsP；还有一些固溶体半导体，如Ge-Si、GaAs-GaP；玻璃半导体（又称非晶态半导体），如非晶硅、玻璃态氧化物半导体；有机半导体，如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。
3
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）为代表的宽禁带半导体材料。
GaN有哪些优势？
与半导体材料中第一代的Si以及第二代的GaAs等相比，GaN功率器件的性能具有明显优势。
01
转换效率高
与硅这种材料进行比较，GaN的禁带宽度是其三倍，禁带宽度大（3.4 eV），热导率高（1.3 W/cm-K），因此工作温度高，击穿电压高，抗辐射能力强。禁带宽度是半导体的一个重要特征参量，被束缚的电子要成为自由电子或者空穴，就必须获得足够能量从价带跃迁到导带，这个能量的最小值就是禁带宽度。
这就意味着GaN可以承受更高的电压，有更好的导电能力。因此，在相同体积下，GaN比硅的效率高出不少。如果GaN替换现在所有电子设备，可能会让电子产品的用电量再减少10%或者25%。
02
工作频率高
同样是与硅器件相比，GaN的工作频率比硅高20倍左右。以数据来看的话，GaN可以工作在高频段，这就使得整个电路的开关工作频率从原来的50-60 kHz，提高到200-500 kHz及以上。开关频率是指充电头内部晶闸管,可控硅等电子元件,每秒可以完全导通、断开的次数。开关频率高可减小变压器和电容的体积，有助于减小充电头的体积和重量。
03
工艺兼容性强
GaN器件是平面器件，与现有的Si半导体工艺兼容性强，因此更容易与其他半导体器件集成。有厂商已经实现了驱动IC和GaN开关管的集成，进一步降低用户的使用门槛。