GAN的案例
一文了解GaN應(yīng)用領(lǐng)域
隨著技術(shù)進(jìn)步，GaN 越來越受工程師的青睞。今天就帶大家了解一下GaN具體的應(yīng)用領(lǐng)域。
一．軍事和航天領(lǐng)域的應(yīng)用
軍事衛(wèi)星
由于 GaN 比其他半導(dǎo)體技術(shù)更可靠、功率更高且更堅固耐用，隨著制造商開始從行波管放大器 (TWTA) 和 GaAs 技術(shù)轉(zhuǎn)向 GaN 技術(shù)，GaN 在這些系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。
隨著功率密度的增加，GaN 使固態(tài)單芯片微波集成電路 (MMIC) 的組合達(dá)到了以前只有 TWTA 才能實現(xiàn)的功率水平。例如 Qorvo 的 Spatium，它采用已獲專利的空間組合技術(shù)來提高射頻功率、高效率和寬帶工作頻率。
Spatium 采用寬帶對極鰭線天線向 / 從超大的同軸波導(dǎo)發(fā)射，分裂成多個微帶電路。
雷達(dá)
衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的射頻前端 (RFFE) 將越來越多地利用 GaN 等高功率固態(tài)寬帶技術(shù)。GaN 性能的持續(xù)提高有助于在 AESA 系統(tǒng)中提供高功率輸出的解決方案。
GaN 技術(shù)的主要優(yōu)勢可以歸結(jié)為包括線性度、功率、效率、可靠性、尺寸和重量在內(nèi)的幾個屬性。在 AESE 系統(tǒng)中，可靠性極其重要，GaN 能夠在更高信道溫度條件下可靠運行。
GaN MMIC 的高 PAE 意味著，在特定輸出功率下功耗更低，散熱要求更低，運行成本更低。
此外，在雷達(dá)平臺中使用高增益、高 PEA GaN MMIC 可縮減整個系統(tǒng)的尺寸和成本。這有助于滿足新型 AESA 雷達(dá)系統(tǒng)更嚴(yán)格的尺寸、重量、功率和成本 (SWaP-C) 要求。在必須實現(xiàn)重量和尺寸最小化的航空航天系統(tǒng)中，滿足 SWaP-C 要求極其重要。
電子戰(zhàn)
EW 應(yīng)用需要采用具有寬帶功率和效率、小尺寸和最小重量的電子元件。
展開 智芯研報 | GaN電力電子器件的現(xiàn)在與未來
從2018年開始，GaN技術(shù)開始在快充產(chǎn)品中應(yīng)用，并在隨后的兩年中迅速成為主流，引領(lǐng)了快充市場新風(fēng)向。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前為止,國內(nèi)外至少有60家生產(chǎn)制造GaN快充產(chǎn)品的廠商，可提供的GaN PD快充產(chǎn)品超過100款，無論是從廠家數(shù)量還是產(chǎn)品種類方面相比2019年底都有了翻倍的增長。市面上GaN快充產(chǎn)品大部分功率在30W-100W，能滿足大部分的手機(jī)、平板電腦的充電功率需求。
GaN電力電子器件具有更高的功率密度，采用GaN的充電器體積小（僅為原來的1/4）、重量輕、轉(zhuǎn)換效率高、發(fā)熱低、安全性強(qiáng)，較普通充電器有顯著優(yōu)勢。根據(jù)內(nèi)部電路架構(gòu)的不同，約使用1-2顆的GaN電力電子器件，平均轉(zhuǎn)換效率約能達(dá)到90%左右。
Navitas GaN 單管應(yīng)用舉例
GaN電力電子器件目前雖然被大眾熟知的基本只有快充領(lǐng)域，但實際上其早就在工業(yè)電源領(lǐng)域有了一定的應(yīng)用，但之前由于成本偏高，在消費領(lǐng)域沒有太多推廣。隨著GaN-on-Si電力電子器件成本的下降，下游應(yīng)用廠家及配套企業(yè)開始積極布局GaN快充市場。但隨著近兩年來國內(nèi)外產(chǎn)線產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，制造技術(shù)的逐漸成熟，GaN電力電子器件的成本已經(jīng)達(dá)到了廠商采購的甜蜜點。從IDM廠商給出的生產(chǎn)成本來看，目前GaN電力電子器件成本已經(jīng)接近Si。
據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，全球智能設(shè)備年均新增出貨量超 20 億臺，隨著GaN在該市場的滲透提速，未來幾年消費類電源快充市場將成為GaN電力電子最大的推動力。
不僅僅是手機(jī)快充，GaN未來幾乎可以應(yīng)用于所有的消費類電源模塊市場，如白家電、3c產(chǎn)品，可以想象到未來市場有多么巨大。
展開 GaN在RF領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢、挑戰(zhàn)及應(yīng)對之策
目前，氮化鎵（GaN）技術(shù)已經(jīng)不再局限于功率應(yīng)用，其優(yōu)勢也在向射頻/微波行業(yè)應(yīng)用的各個角落滲透，而且對射頻/微波行業(yè)的影響越來越大，不容小覷。因為它可以實現(xiàn)從太空、軍用雷達(dá)到蜂窩通信的應(yīng)用。
雖然GaN通常與功率放大器（PA）相關(guān)度很高，但它也有其他用例。自推出以來，GaN的發(fā)展歷程令人矚目，隨著5G時代的到來，它可能會更加引人關(guān)注。
GaN在雷達(dá)和太空領(lǐng)域的作用
GaN技術(shù)的兩種變體是GaN-on-silicon（GaN-on-Si）和GaN-on-silicon-carbide（GaN-on-SiC）。據(jù)Microsemi射頻/微波分立產(chǎn)品部門工程總監(jiān)Damian McCann介紹，GaN-on-SiC對太空和軍用雷達(dá)的應(yīng)用貢獻(xiàn)很大，今天，RF工程師正在尋找新的應(yīng)用和解決方案，以利用GaN-on-SiC器件所實現(xiàn)的不斷提高的功率和效率性能水平，特別是在太空和軍事雷達(dá)應(yīng)用中。
“GaN是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有高硬度、機(jī)械穩(wěn)定性、熱容量、對電離輻射的極低靈敏度和導(dǎo)熱性，以及通過巧妙的設(shè)計可實現(xiàn)更好的尺寸、重量和功率（SWaP）優(yōu)勢。我們還看到GaN-on-SiC超越了多個與之競爭的技術(shù)，即使在較低的頻率下也是如此。”
系統(tǒng)設(shè)計人員將受益于GaN-on-SiC技術(shù)。McCann解釋說，“熱耦合和高度集成的層壓板技術(shù)，與GaN-on-SiC結(jié)合使用，使系統(tǒng)設(shè)計人員可以尋求更高水平的集成，特別是擴(kuò)展主雷達(dá)，以覆蓋同一物理區(qū)域中的多個波段，增加二級雷達(dá)功能。而在太空應(yīng)用中，最近看到GaN-on-SiC可行性正在增加，特別是在GaN的效率與在更高頻率下工作的能力相輔相成的應(yīng)用中。
展開 關(guān)注 | GaN：高頻性能優(yōu)越，成為 5G 器件關(guān)鍵材料
半導(dǎo)體材料研究熱點，GaN 射頻器件應(yīng)用前景明朗
氮化鎵（GaN）是由氮和鎵組成的一種半導(dǎo)體材料，因為其禁帶寬度大于 2.2eV，故被稱為寬禁帶半導(dǎo)體材料。GaN 材料作為微波功率晶體管的優(yōu)良材料與藍(lán)色光發(fā)光器件中的一種具有重要應(yīng)用價值的半導(dǎo)體，是目前全球半導(dǎo)體研究的前沿和熱點。與傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料硅相比，由于 GaN 禁帶寬度是硅的 3-4 倍、熱導(dǎo)率是硅的 2 倍，使得 GaN 器件可在 300℃以上的高溫下工作，能夠承載更高的能量密度，可靠性更高；其擊穿場強(qiáng)比硅高 10 倍，使得器件導(dǎo)通電阻減少，有利于提升器件整體的能效；飽和電子遷移速度是硅的 2-4 倍，因此允許器件更高速地工作。GaN 器件在光電子、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。
GaN 外延片可分為同質(zhì)外延片與異質(zhì)外延片。在GaN 單晶襯底上生長的GaN為同質(zhì)外延片，以GaN 單晶材料作為襯底可以大大提高外延膜的晶體質(zhì)量，降低錯位密度，提高器件工作壽命。但由于GaN 材料硬度高，熔點高，襯底制作難度高，位錯缺陷密度較高導(dǎo)致良率低，技術(shù)進(jìn)步緩慢。
因此GaN 晶圓的成本仍然居高不下，GaN 厚膜襯底的應(yīng)用受到限制。除了同質(zhì)外延片外，GaN 還可以生長在其他襯底材料上，稱之為異質(zhì)外延片。目前常用的襯底材料包括藍(lán)寶石、SiC、硅與金剛石。其中藍(lán)寶石GaN 只能用來做LED；硅基GaN（GaN on Si）可以做功率器件和小功率的射頻器件；碳化硅基GaN（GaN on SiC）可以制造大功率LED、功率器件和大功率射頻芯片。
展開 
OPPO又又為GaN帶貨！新市場來了
三是節(jié)省成本，雖然目前GaN器件成本比硅MOS略高，但一顆替代兩顆，成本下降更加明顯，而且芯片SMT貼片費用對應(yīng)降低，攤薄了應(yīng)用成本壓力，提高了生產(chǎn)效率。
率先推動GaN快充
入股2家GaN企業(yè)
據(jù)“三代半風(fēng)向”了解，OPPO非常熱衷GaN技術(shù)的應(yīng)用探索，除了電池保護(hù)電路外，它也是率先將GaN應(yīng)用在充電頭的國內(nèi)企業(yè)。
早在2019年，OPPO發(fā)布65W的SuperVOOC2.0充電器，這個產(chǎn)品使用了GaN，這也是GaN首次進(jìn)入主流消費應(yīng)用。
OPPO表示，引入GaN高頻開關(guān)，使變壓器單次儲能需求變小，進(jìn)而減小了變壓器體積，縱向空間減小了50%。
去年OPPO發(fā)布了125W超級閃充，借助GaN，不僅20分鐘可以將4000mAh電池容量的手機(jī)完全充滿，還可以將充電溫度控制在40℃以下。
從2020年OPPO的芯片布局也可以看出它對GaN的重視。
2020年以來，OPPO在半導(dǎo)體領(lǐng)域已投資超8家企業(yè)，其中包括2家GaN相關(guān)企業(yè)——南芯半導(dǎo)體和威兆半導(dǎo)體。
2018年OPPO與南芯半導(dǎo)體簽訂VOOC閃充知識產(chǎn)權(quán)許可協(xié)議。合作2年后，OPPO入股南芯，持股比例4.3999%。據(jù)介紹，南芯率先實現(xiàn)了GaN控制芯片的自主可控，成功量產(chǎn)了集成GaN直驅(qū)的控制器。
今年3月5日，OPPO入股了深圳市威兆半導(dǎo)體有限公司。據(jù)介紹，威兆公司曾推出了一款GaN芯片。
未來，GaN快充將發(fā)展得更為迅速，據(jù)YOLE預(yù)測，2026年消費類氮化鎵功率器件市場營收將達(dá)到6.72億美元（43.57億人民幣），相比2020年增長2241%。
展開 從原理到實例：GaN為何值得期待？
原因在于GaN&AlGaN因為材料特性在界面感應(yīng)形成的二維電子氣
（2DEG）
,
2DEG在2-4nm薄薄的一層中存在且被約束在很小的范圍，這種限域性使得電子遷移率增加
到1500~2000cm2/
（V·s）
目前技術(shù)已經(jīng)使電子遷移率達(dá)到2200 cm2/
（V·s）
。
4、良好的耐溫特性
：可以看到，GaN和Si的熱導(dǎo)率基本差異不大，但是GaN可以比Si能擁有更高的結(jié)溫。因此，同時良好的熱導(dǎo)率加上更高的熱耐受力共同提升了器件的使用壽命和可靠性。
GaN器件優(yōu)越的性能也其器件結(jié)構(gòu)有極大的關(guān)系
。目前，產(chǎn)業(yè)化的GaN器件在走的兩種路線是P-GaN方式的增強(qiáng)型器件和共源共柵兩種結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)市場上聲音不同，大家仁者見仁。
圖1 主流GaN的兩種結(jié)構(gòu)
由于GaN器件對寄生參數(shù)極其敏感，因此相較于傳統(tǒng)的Si基半導(dǎo)體器件的驅(qū)動電路，GaN的驅(qū)動要求更為嚴(yán)苛，因此對其驅(qū)動電路的研究很有意義。在實際的高壓功率GaN器件應(yīng)用過程中，我們用GaN器件和當(dāng)前主流的SJ MOSFET在開關(guān)特性和動態(tài)特性上做了一個對比，更詳細(xì)的了解其差異所在。
表二 GaN 器件DC參數(shù)
從上圖GaN晶體管的DC參數(shù)可以看到，其在直流參數(shù)上，沒有反向二極管
（0 Reverse Recovery）
，主要原因在于
GaN晶體管沒有SJ MOSFET的寄生PN結(jié)
。
展開 GaN快充達(dá)到甜蜜點，中低壓市場迎來更多殺手級應(yīng)用
- 國產(chǎn)GaN廠商可以以消費電子應(yīng)用為突破點，積累技術(shù)和市場經(jīng)驗后再向門檻更高的工業(yè)、汽車應(yīng)用進(jìn)軍。
10月20日，納微半導(dǎo)體在美國納斯達(dá)克上市，成為全球首家氮化鎵（GaN）功率芯片上市公司，總市值超過10億美元。隨著手機(jī)快充大規(guī)模采用，GaN高頻高效的優(yōu)勢充分展現(xiàn)，受益于這一輪的東風(fēng)，TrendForce預(yù)計納微將以29%的出貨量市占率拿下今年全球GaN功率市場第一名。
在《集微咨詢：千呼萬喚始出來的蘋果GaN快充，拉開下一個GaN爆點的序幕》中集微咨詢（JW insights）分析指出，
隨著中低壓GaN技術(shù)不斷成熟，競爭力提升，這將大大加速GaN生態(tài)的發(fā)展和成熟，成為GaN大規(guī)模商用的真正爆點
。如果按照工作電壓來分類，全球功率器件約68%應(yīng)用在0~900V的區(qū)間。如果以2021年442億美元的功率器件市場來看，全球GaN功率器件的潛在市場規(guī)模約300億美元。
展開 產(chǎn)能提升300%，GaN又有新技術(shù)
根據(jù)文獻(xiàn)，
名古屋大學(xué)
和
日本國家材料科學(xué)研究所
等組成的研究團(tuán)隊，新開發(fā)了一種 GaN襯底減薄技術(shù)——激光減薄技術(shù)。
此前，他們已證明可以用激光對GaN單晶進(jìn)行切割，且切割后的GaN襯底經(jīng)過
拋光
可以
重復(fù)使用
。
而此次他們通過實驗證明，該技術(shù)同樣適用于GaN-on-GaN HEMT器件制造，即在
器件制造之后
采用激光工藝進(jìn)行減薄，該技術(shù)可顯著降低 GaN 襯底的消耗。
損耗大 良率低
傳統(tǒng)技術(shù)局限多多
眾所周知，GaN是一種十分理想的制作功率器件的材料。但是，GaN襯底價格昂貴，在GaN襯底上制造的 GaN 基器件尚未在廣泛的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化。因此，為了盡可能地減少昂貴的GaN襯底的消耗，襯底切片
越薄越多
，
良率越高
，是切割技術(shù)所追求的目標(biāo)。
但是傳統(tǒng)的技術(shù)卻有著諸多
局限
。
首先，
損耗大
。傳統(tǒng)技術(shù)無法避免切片過程中的
切口損耗
，且襯底面無法拋光重復(fù)使用，需耗損較多的GaN襯底來能得到一個器件層。
再者，
良率低
。傳統(tǒng)技術(shù)的一般流程是先切片，再鍵合相應(yīng)的晶體，才能進(jìn)行后續(xù)制造。那么則需考慮鍵合器件層等一系列問題，如化學(xué)和熱效應(yīng)等。而在此過程中，增加了出現(xiàn)次品的可能性。
傳統(tǒng)技術(shù)絕大部分都是先在GaN晶體上切割出GaN襯底，再從襯底中進(jìn)行切片，以進(jìn)行后續(xù)制造。但不可避免的，會造成
較大耗損
及
良率低下
的問題。
展開 智芯研報 | 氮化鎵（GaN）5G PA 現(xiàn)狀分析
這是GaN發(fā)揮作用的時候。與LDMOS相比，GaN的效率在更高的頻率下更好。在3.5GHz級別的GaN效率更高。”
GaN是一種寬帶隙技術(shù)，指的是電子脫離其軌道所需的能量。GaN的帶隙為3.4 eV，而硅為1.1 eV。
GaN器件比其他技術(shù)具有更好的性能，可處理更多功率。GaN還可以實現(xiàn)更高的瞬時帶寬。這意味著系統(tǒng)中需要的放大器更少。
但是RF GaN比LDMOS更昂貴。線性度也是RF GaN的問題。這涉及功率放大器在不失真的情況下放大信號的能力。
盡管如此，GaN仍用于制造高電子遷移率晶體管（HEMT）。GaN是材料，而HEMT是器件結(jié)構(gòu)。GaN HEMT是具有源極，柵極和漏極的橫向器件。電流從源極流到漏極，并由柵極控制。
像LDMOS一樣，RF GaN用于開發(fā)功率放大器芯片。例如，住友在最近的一篇論文中描述了基于GaN的寬帶Doherty放大器的開發(fā)。兩級放大器由一個用于載流子部分的GaN晶體管和兩個用于峰化部分的晶體管組成。每個晶體管都有一對180瓦的GaN管芯。
GaN并不是一個新技術(shù)，它可以追溯到1970年代，當(dāng)時RCA設(shè)計了基于GaN的LED。二十年前，美國資助了用于軍事/航空應(yīng)用的GaN開發(fā)。GaN還用于CATV放大器，LED和功率半導(dǎo)體。
2014年，隨著GaN在其4G基站中加入了基于GaN的功率放大器，RF GaN市場開始騰飛。當(dāng)時，LDMOS占據(jù)了主導(dǎo)地位，但是很快就改變了。“多年來，在最初的4G首次部署和部署中，LDMOS技術(shù)是主要技術(shù)，并且確實在市場上占據(jù)了主導(dǎo)地位，”恩智浦RF產(chǎn)品發(fā)布和全球分銷經(jīng)理Gavin Smith說。
同時，華為和其他公司已經(jīng)在中國安裝5G基站。像4G一樣，中國的OEM廠商也在擁抱基于GaN的功率放大器。其他基站OEM也在效仿。
展開 GaN功率芯片走向成熟，納微GaNSense開啟智能集成時代
所以GaN相比于SiC更節(jié)能。
02
GaN的應(yīng)用領(lǐng)域
● 手機(jī)充電器。主要兩個原因，①手機(jī)電池容量越來越大，從以前的可能2000mAH左右，到現(xiàn)在已經(jīng)到5000mAH。GaN可以讓充電時間減少，占位體積變小。②手機(jī)及相關(guān)電子設(shè)備使用越來越多，有USB-A口、USB-C口，多頭充電器市場很大，這也是GaN擅長發(fā)揮的領(lǐng)域。
● 電源適配器。可用于平面電視、游戲機(jī)、平板等。GaN適配器可以做得更小、更輕，大約每年有20億美元左右的市場機(jī)會。
● 數(shù)據(jù)中心。據(jù)納微測算，每年GaN功率芯片可以節(jié)省19億美元左右的電費。
● 太陽能發(fā)電。不僅可以把太陽能的逆變器放在家里非常小的地方，而且消費者可以用到更便宜的電力。
太陽能發(fā)電的GaN與Si的比較
● 電動汽車。由于GaN有優(yōu)異的特性，可以實現(xiàn)小型化。可以把汽車?yán)锏腛BC、DC/DC做到更小、更輕。
電動汽車中，GaN與Si的比較
可見，GaN是實現(xiàn)雙碳的重要方式。據(jù)納微基于對GaN與Si的總生命周期進(jìn)行分析比較所做的估算，每出貨1個GaN功率芯片，1年可以減少4 kg的CO2。主要原因是：①GaN使用能源的效率更高。例如，采用納微GaNSenseTM技術(shù)，可使充電器效率達(dá)到92%~95%；也可降低待機(jī)功耗。②整個系統(tǒng)節(jié)省了很多外部的零件，例如用Si的方案做1臺服務(wù)器電源，可能有1000個零件；用GaN可能只用600多個零件。
展開 國產(chǎn)GaN又打破記錄
最近，《ELECTRONIC MATERIALS》刊登了一項國產(chǎn)GaN技術(shù)進(jìn)展——GaN HEMT的2DEG遷移率高達(dá)2396 cm2 /V·s，“有史以來最高”。
據(jù)介紹，該技術(shù)是由中科院半導(dǎo)體所、山東大學(xué)等單位聯(lián)合開發(fā)，主要采用了兩段式加熱法，可以有效地保護(hù)GaN襯底，從而獲得光滑的薄膜表面和較低的位錯密度。
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傳統(tǒng)難題：
異質(zhì)襯底位錯大，同質(zhì)襯底表面粗糙
通常，氮化鎵基材料通常生長在異質(zhì)襯底上，這會增加緩沖器和柵極泄漏，并嚴(yán)重降低器件的可靠性，同時也降低了二維電子氣（2DEG）遷移率，影響了器件的開關(guān)速度和高頻特性。
為此，使用同質(zhì)GaN襯底是解決這些問題的主要方法，但是，GaN襯底會從空氣中吸收C、O和其他施主雜質(zhì)，從而嚴(yán)重降低外延材料的質(zhì)量。
而為了在外延生長前去除吸附的雜質(zhì)，需要在1000°C以上的溫度下對GaN襯底進(jìn)行熱處理。然而，GaN在900℃以上就會開始明顯分解。而且MOCVD通常使用氫氣作為載氣，這會顯著提高GaN分解速率，這也這導(dǎo)致襯底表面明顯粗糙，增加了外延層的位錯密度和表面粗糙度。
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國產(chǎn)兩段式加熱法
實現(xiàn)全球最高性能
為了使在GaN襯底上生長的 AlGaN/GaN HEMT獲得更高的2DEG遷移率，中科院等單位提出了一種兩段式熱處理工藝，包括一種有效的高溫表面穩(wěn)定技術(shù)，以保護(hù)同質(zhì)GaN襯底的表面，從而確保高質(zhì)量 HEMT 結(jié)構(gòu)的后續(xù)生長。
展開 
智芯研報 | 高效能、小體積加速GaN消費電子類應(yīng)用
另外，GaN半導(dǎo)體具有1000倍于硅的電子遷移率，且更耐高溫，因此更能在高頻、高溫和高功率的環(huán)境下工作。
也就是說，與硅相比，GaN具有更節(jié)能、更快、更好的恢復(fù)特性等突出優(yōu)勢，能夠同時實現(xiàn)高頻率和高效率。
總的來說，GaN材料擁有很大帶隙，擊穿強(qiáng)高達(dá)Si的10倍，可大幅降低導(dǎo)通電阻，并可可在高溫下工作，非常適合應(yīng)用在小型快充充電電源上。
GaN充電器不僅具備了低發(fā)熱小體積的突出優(yōu)勢，更在充電功率轉(zhuǎn)換上更具優(yōu)勢。
▼GaN 和SiC 的性能差異
在功率器件方面，GaN器件適用于多數(shù)功率器件市場，市場空間巨大
GaN功率器件包括SBD、常關(guān)型FET、級聯(lián)FET等產(chǎn)品，主要應(yīng)用于無線充電件、電源開關(guān)、逆變器、交流器等領(lǐng)域。
就性能來講，GaN材料更適用于高頻率應(yīng)用場景，SiC則在高壓高功率場景表現(xiàn)更佳。隨著技術(shù)水平的進(jìn)步與成本控制，GaN材料將在中低功率取代硅基功率器件，在300V~600V電壓間發(fā)揮優(yōu)勢作用。
根據(jù)Yole估計，在0~900V的低壓市場內(nèi)，GaN都有較大的應(yīng)用潛力。按照整體市場154億美元來看，占據(jù)68%的該部分低壓市場都是GaN的潛在市場，約有105億美元。
作為功率器件，GaN在電源設(shè)備上先行一步，在其它電子器件市場也有望加速滲透
體積、效率及成本上的優(yōu)勢是GaN功率器件在消費電子產(chǎn)品市場上不斷突破的重要因素。
國際大型企業(yè)在移動設(shè)備探索上先于國內(nèi)手機(jī)廠商，2018年，GaNIC廠商Navitas和Exagan推出了帶有集成GaN解決方案的45W快速充電電源適配器，內(nèi)置GaN充電器比蘋果充電器體積減少40%。
就充電頭網(wǎng)的拆解數(shù)據(jù)來看，目前市面上幾款GaN充電器多數(shù)采用PI和納微的方案。
展開 對 GaN 認(rèn)識的幾大誤解
多頻段和寬帶 GaN 放大器可取代系統(tǒng)中的多個獨立窄帶放大器，從而進(jìn)一步降低系統(tǒng)的總成本。這并不是說它完全適合所有應(yīng)用，但從單位成本的性價比角度來看，GaN 通常可以節(jié)省成本。總擁有成本是 GaN 可以展示其技術(shù)優(yōu)勢的一個方面。
此外，GaN 的產(chǎn)量正在大幅增長。鑒于基站系統(tǒng)中使用的 PA 數(shù)量不斷增加，這在大規(guī)模 MIMO 應(yīng)用中非常明顯。隨著 GaN 在這些不同子市場（5G 基站是其中一個規(guī)模較大的子市場）的市場份額開始增加，供應(yīng)商可擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，同時將供應(yīng)鏈成本降至極具競爭力的水平。這意味著，GaN 能夠以更低的成本提供更高的性能，同時獲得更廣泛的采用，并節(jié)省大量成本。GaN 的價格在未來只會越來越具競爭力。
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并非所有 GaN 都一樣
有一種誤解認(rèn)為，所有的 GaN 功率放大器都相似，足以實現(xiàn)商品化。一直依賴 LDMOS 解決方案的工程師容易做出這樣的假設(shè)。如果從半導(dǎo)體層面來看不同供應(yīng)商的 LDMOS 器件性能，就會發(fā)現(xiàn)它們驚人地相似。但在 GaN 領(lǐng)域卻不盡然。每家供應(yīng)商都采用不同的解決方案來應(yīng)對 GaN 量產(chǎn)的挑戰(zhàn)，而這就意味著不同供應(yīng)商的 GaN 器件存在不同的優(yōu)缺點。因此，每家供應(yīng)商的 GaN 器件性能各不相同，并且供應(yīng)商通常會提供不同的解決方案，以滿足其獨特的 PA 需求。嵌入式設(shè)計人員不應(yīng)該認(rèn)為他們過去使用 GaN 的經(jīng)驗對所有供應(yīng)商都適用。與供應(yīng)商密切合作可確保充分利用每個獨一無二的 GaN PA。
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柵極電流高會引起故障
嵌入式設(shè)計人員發(fā)現(xiàn) GaN PA 的數(shù)據(jù)表中出現(xiàn)較高的柵極電流，并為此擔(dān)憂。他們認(rèn)為高柵極電流會導(dǎo)致器件故障。
展開 這個GaN技術(shù)牛！8英寸、2DEG提升20%
最近，
空氣水集團(tuán)（AIR WATER）
官網(wǎng)宣布，其創(chuàng)新的
GaN技術(shù)
獲得了2021年度“半導(dǎo)體電子材料類大獎”。
據(jù)介紹，該公司是全球首家量產(chǎn)GaN-on-SiC-on-Si層疊結(jié)構(gòu)器件的企業(yè)。即使采用廉價的硅襯底，該結(jié)構(gòu)的2DEG依舊可以達(dá)到2110 cm2/V-s ，相比硅基GaN提升了20%，很好地解決SiC基GaN成本高、硅基GaN性能差等問題，大幅降低GaN器件成本，從而有望加速5G通信的普及。
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成本太高、性能太差
傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)多多
眾所周知，GaN器件具備高功率密度和高電子飽和速度等優(yōu)點，因此在射頻、微波和毫米波應(yīng)用領(lǐng)域非常有競爭力。但是GaN器件要打入這些領(lǐng)域還存在多重挑戰(zhàn)。
首先，碳化硅和氮化鎵襯底生產(chǎn)成本太高，盡管SiC襯底GaN高頻晶體管已經(jīng)投入實際應(yīng)用，但僅限于高端基站使用，很難進(jìn)行廣泛商業(yè)化。
其次，雖然硅襯底GaN器件具有潛力，6英寸硅襯底GaN高頻晶體管的開發(fā)和商業(yè)化也取得了 一定的進(jìn)展。但由于存在高熱失配(33%) 和晶格失配(17%) ，因此很難在硅襯底上生長高質(zhì)量、無裂紋的GaN外延層，導(dǎo)致晶體管在工作過程中一旦發(fā)熱，絕緣性能會變差，能量損失會增加。
還有，硅基GaN器件還存在硅襯底電阻率低的問題，這會帶來高寄生電容，從而阻礙器件的高頻性能。
層疊GaN結(jié)構(gòu)
提高質(zhì)量、減少泄漏
為此，
2004
年
空氣水集團(tuán)開始創(chuàng)建一種
層疊GaN結(jié)構(gòu)技術(shù)。
展開 為什么要特別關(guān)注氮化鎵（GaN）？
對于48V總線系統(tǒng)， GaN 技術(shù)可提高效率、縮小尺寸并降低系統(tǒng)成本。綜合來看，GaN 在汽車電子方面擁有豐富的應(yīng)用場景。
由于GaN充電器具有體積小、發(fā)熱低、功率高、支持PD協(xié)議的特點，GaN充電器有望在未來統(tǒng)一筆記本電腦和手機(jī)的充電器市場。隨著中國OEM廠商 OPPO在其 65W 快速充電器中采用 GaN HEMT，功率 GaN 正在進(jìn)入主流消費應(yīng)用。
GaN 是藍(lán)光LED 的基礎(chǔ)材料，在 Micro LED、紫外激光器中有重要應(yīng)用。Micro LED被認(rèn)為是下一代顯示技術(shù)，而硅襯底GaN 基技術(shù)的特性是制造 Micro LED 芯片的天然選擇。
此外，GaN基紫外激光器在紫外固化、紫外殺菌等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值，也是國際上的研究熱點。基于氮化鎵半導(dǎo)體的深紫外發(fā)光二極管（LED）是紫外消毒光源的主流發(fā)展方向。
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