氮化鎵芯片應(yīng)用前景如何

隨著半導(dǎo)體化合物持續(xù)發(fā)展，相較第一代硅基半導(dǎo)體和第二代砷化鎵等半導(dǎo)體，第三代半導(dǎo)體具有高擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、高電子遷移率、高工作溫度等優(yōu)點(diǎn)。以SiC和GaN為代表物質(zhì)制作的器件具有更大的輸出功率和更好的頻率特性。

氮化鎵的能隙很寬，為3.4電子伏特，可以用在高功率、高速的光電元件中，例如氮化鎵可以用在紫光的激光二極管，可以在不使用非線性半導(dǎo)體泵浦固體激光器（Diode-pumped solid-state laser）的條件下，產(chǎn)生紫光（405nm）激光。

先用一張圖代表三代半導(dǎo)體的材料特性及其為功率器件和系統(tǒng)帶來(lái)的影響：

讓我們一起看看氮化鎵特性

1.擊穿電壓：材料本身耐壓高，但目前較成熟的Si基GaN器件耐壓普遍在650V以內(nèi)，決定了短時(shí)間內(nèi)應(yīng)用于低功率領(lǐng)域，除非技術(shù)突破。

2.GAN最拿得出手的優(yōu)點(diǎn)是極高的開(kāi)關(guān)頻率

GaN可處理更高頻率和更高的功率，與硅器件相比，它可以在尺寸和能耗減半的條件下輸送同等的功率，因此提高了功率密度，有助于設(shè)計(jì)人員在不增大設(shè)計(jì)空間的同時(shí)滿足更高的功率要求。

更高的頻率交換意味著GaN可以一次轉(zhuǎn)換更大范圍的功率，減少?gòu)?fù)雜設(shè)計(jì)中的功率轉(zhuǎn)換。由于每次功率轉(zhuǎn)換都會(huì)產(chǎn)生新的能耗，這對(duì)于很多高壓應(yīng)用是一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)?；贕aN的全新電源和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)功率損耗更低，產(chǎn)生的熱量也更少。由于高溫會(huì)提高運(yùn)行成本、干擾網(wǎng)絡(luò)信號(hào)并誘發(fā)設(shè)備故障，這些特性便顯得尤為重要。

氮化鎵和碳化硅作為第三代半導(dǎo)體材料整體發(fā)展較晚，滲透率較低。數(shù)據(jù)顯示氮化鎵目前半導(dǎo)體材料滲透率僅在0.2%左右，可發(fā)展規(guī)模較大。目前氮化鎵受限單晶爐產(chǎn)量較低影響，成本遠(yuǎn)高于硅基和碳化硅，但硅基和碳化硅基為襯底的氮化鎵射頻和功率器件成本相對(duì)光電器件較低，是目前滲透率提高的主流方向。

GaN的進(jìn)化仍遠(yuǎn)未結(jié)束。未來(lái)，GaN將繼續(xù)擴(kuò)展至消費(fèi)者電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，打造更薄的平板顯示器，并減少可充電設(shè)備的能源浪費(fèi)?？梢赃@樣講，如果你只是需要3%或4%的能效提升，可以利用其它很多方法實(shí)現(xiàn)，但是，如果你希望功率密度翻番，那么GaN則是你的優(yōu)先選擇。

本文整理自是說(shuō)芯語(yǔ)、汽車功率電子、華經(jīng)情報(bào)網(wǎng)