氮化鎵技術(shù)壁壘是什么，氮化鎵優(yōu)異特性介紹

　　根據(jù)阿里巴巴達(dá)摩院發(fā)布的《2021十大科技趨勢》預(yù)測的第一大趨勢是“以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）為代表的第三代半導(dǎo)體迎來應(yīng)用大爆發(fā)”。

　　達(dá)摩院指出，近年來第三代半導(dǎo)體的性價比優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，正在打開應(yīng)用市場：SiC元件已用作汽車逆變器，GaN快速充電器也大量上市。

　　目前正處于第三代半導(dǎo)體材料時代，已經(jīng)從第一代的硅，第二代的砷化鎵發(fā)展到現(xiàn)在的碳化硅，氧化鋅以及氮化鎵。

　　氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈包括襯底、外延、芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、封測、下游應(yīng)用等垂直分布環(huán)節(jié)。

　　氮化鎵（GaN）是最具代表性的第三代半導(dǎo)體材料，成為高溫、高頻、大功率微波器件的首選材料之一，是迄今為止理論上電光、光電轉(zhuǎn)換效率最高的材料體系。

　　氮化鎵優(yōu)異特性：

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　　資料來源：品利基金

　　目前GaN器件有三分之二應(yīng)用于軍工電子，如軍事通訊、電子、干擾、雷達(dá)等領(lǐng)域；在民用領(lǐng)域，氮化鎵主要被應(yīng)用于通訊基站、功率器件等領(lǐng)域。

　　作為第三代半導(dǎo)體材料，氮化鎵的應(yīng)用前景廣泛，在數(shù)據(jù)中心，新能源汽車等領(lǐng)域都有運(yùn)用。而國產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)“氮化鎵芯片”崛起，躋身全球第三，并打破了美國技術(shù)壟斷。

　　其中國產(chǎn)企業(yè)英諾賽科打破美國技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)氮化鎵芯片的崛起。目前英諾賽科的氮化鎵功率芯片出貨量躋身世界前三，而且英諾賽科在蘇州還擁有一座第三代半導(dǎo)體生產(chǎn)基地，可實(shí)現(xiàn)8英寸硅基氮化鎵晶圓的大規(guī)模量產(chǎn)。

　　產(chǎn)能滿載的情況下每月可生產(chǎn)6.5萬片晶圓。這座半導(dǎo)體生產(chǎn)基地集合了研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造于一體，為英諾賽科提供很大的市場競爭優(yōu)勢。

　　目前全球絕大多數(shù)半導(dǎo)體元件，都是以硅作為基礎(chǔ)功能材料的硅基半導(dǎo)體，不過，在高電壓功率元件應(yīng)用上，硅基元件因?qū)娮柽^大，往往造成電能大量損耗，且在高頻工作環(huán)境下，硅元件的切換頻率相對較低，性能不如寬頻化合物半導(dǎo)體材料。

　　雖然GaN相比于Si等材料更節(jié)能、更快，具備更好的恢復(fù)特性，但是仍然談不上徹底取代。由于若干原因，GaN并不常用于晶體管中，因?yàn)镚aN器件通常是耗盡型器件，當(dāng)柵極 － 源極電壓為零時它們會產(chǎn)生導(dǎo)通，這是一個問題。

　　其次，GaN器件極性太大，難以通過高摻雜來獲得較好的金屬－半導(dǎo)體的歐姆接觸，這是GaN器件制造中的一個難題，現(xiàn)在最好的解決辦法就是采用異質(zhì)結(jié)，首先讓禁帶寬度逐漸過渡到較小一些，然后再采用高摻雜來實(shí)現(xiàn)歐姆接觸，但這種工藝很復(fù)雜。

　　硅基半導(dǎo)體受限硅材料的物理性質(zhì)，而氮化鎵、碳化硅則因?qū)娮柽h(yuǎn)小于硅基材料，導(dǎo)通損失、切換損失降低，可帶來更高的能源轉(zhuǎn)換效率。挾著高頻、高壓等優(yōu)勢，加上導(dǎo)電性、散熱性佳，元件體積也較小，適合功率半導(dǎo)體應(yīng)用，近來在 5G、電動車等需求推升下，氮化鎵等材料崛起成為半導(dǎo)體材料明日之星。

　　氮化鎵充電器為何越來越火？

　　我們平時使用的充電器基礎(chǔ)材料是“硅”，在這么多年的研究開發(fā)后，基本已經(jīng)沒有突破的空間了。而相比第一代半導(dǎo)體材料硅，氮化鎵具有禁帶寬度大、導(dǎo)通電阻低、開關(guān)頻率高等特點(diǎn)。禁帶寬度大意味著充電器能夠承載較高的電壓和溫度，因此能承受相比普通充電器更高的充電功率；導(dǎo)通電阻低就比較好理解了，可以避免充電過熱的情況發(fā)生，提升充電過程的安全性。

　　目前來說，氮化鎵充電器最主要缺點(diǎn)就是成本高，這或許是唯一的缺點(diǎn)了。

　　文章綜合自樂晴智庫、妙語侃科技、今日半導(dǎo)體、齊齊數(shù)碼寶貝