了解氮化鎵芯片的應(yīng)用和發(fā)展

GaN（KT65C1R200D）具有高帶隙、高飽和電子遷移速度、高熱導(dǎo)率等特點(diǎn)。因此，GaN比Si更適合于大功率和高頻功率器件。具有體積小、散熱容易、損耗低、功率大等優(yōu)點(diǎn)。GaN充電器的主要成本來(lái)自氮化鎵，MOS功率芯片。昂貴的原材料導(dǎo)致消費(fèi)級(jí)GaN充電器價(jià)格居高不下，但GaN充電器是實(shí)現(xiàn)快充突破的關(guān)鍵，未來(lái)將成為各大手機(jī)廠商的優(yōu)先選擇。
GaN，這是小型快速充電電源適配器的關(guān)鍵。隨著功率的增加，充電器的重量和體積也會(huì)相應(yīng)增加，大大降低了充電器的便攜性。如何將充電裝置小型化，并保證小型充電器具有更好的散熱性能，成為業(yè)界關(guān)注的問(wèn)題。

氮化鎵芯片

Keep Tops氮化鎵（KT65C1R120D）具有開(kāi)關(guān)頻率高、禁斷寬度大、導(dǎo)通電阻小的特點(diǎn)。開(kāi)關(guān)頻率是指充電頭內(nèi)的電子元器件(如晶閘管和晶閘管)每秒完全打開(kāi)和關(guān)閉的次數(shù)。變壓器恰好是充電器中體積最大的組件之一，占據(jù)了相當(dāng)多的內(nèi)部空間。高開(kāi)關(guān)頻率允許使用更小的變壓器。使用氮化鎵作為變壓器組件，減小了變壓器和電容器的尺寸，有助于減小充電頭的尺寸和重量。
帶隙直接決定電子器件的耐壓和最高工作溫度。帶隙越大，器件攜帶的電壓和溫度越高，擊穿電壓越高，功率越高。較低的導(dǎo)通電阻直接反映在傳導(dǎo)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量上。導(dǎo)通電阻越低，發(fā)熱量越低。
氮化鎵功率器件高頻、低損耗的優(yōu)勢(shì)，提高了充電效率，減少了發(fā)熱，有效縮短了充電時(shí)間，并進(jìn)一步減小了適配器的體積和重量，使其更便于攜帶。雖然氮化鎵充電器具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、發(fā)熱量低的優(yōu)點(diǎn)，但由于技術(shù)和成品率問(wèn)題，氮化鎵快速充電器的價(jià)格相對(duì)較高。在USB—PD快充協(xié)議持續(xù)推廣的環(huán)境下，Keep Tops品牌的GaN技術(shù)不斷成熟，效率高、體積小、散熱低、便攜性好的快充適配器將迅速普及，解決5G時(shí)代手機(jī)續(xù)航問(wèn)題。

氮化鎵工藝
氮化鎵技術(shù)最早可以追溯到上世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)美國(guó)無(wú)線電公司（RCA）開(kāi)發(fā)了氮化鎵工藝來(lái)制造LED。今天市場(chǎng)上銷售的許多LED在藍(lán)寶石襯底上使用氮化鎵技術(shù)。除了LED，氮化鎵還用于功率半導(dǎo)體和射頻器件。基于GaN的電源芯片在市場(chǎng)上站穩(wěn)了腳跟。

氮化鎵工藝

GaN技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
高擊穿場(chǎng)強(qiáng)：由于GaN（KT65C1R070D）的大禁帶寬度，GaN材料具有高擊穿場(chǎng)強(qiáng)，這使得GaN器件能夠在比其他半導(dǎo)體器件高得多的電壓下工作。當(dāng)受到足夠高的電場(chǎng)時(shí)，半導(dǎo)體中的電子可以獲得足夠的動(dòng)能來(lái)打破化學(xué)鍵（這個(gè)過(guò)程稱為碰撞電離或電壓擊穿）。如果不控制碰撞電離，將降低裝置的性能。由于GaN器件可以在更高的電壓下工作，它們可以用于更高功率的應(yīng)用。
高飽和速度：GaN上的電子具有很高的飽和速度（電子在非常高的電場(chǎng)下的速度）。再加上強(qiáng)大的充電能力，這意味著GaN器件可以提供更高的電流密度。射頻功率輸出是電壓和電流擺動(dòng)的產(chǎn)物，因此更高的電壓和電流密度可以在實(shí)際尺寸的晶體管中產(chǎn)生更高的射頻功率。簡(jiǎn)而言之，GaN器件可以產(chǎn)生更高的功率密度。

優(yōu)異的熱性能：
GaN-on-SiC器件具有優(yōu)異的熱性能，主要是由于SiC的高導(dǎo)熱性。實(shí)際上，這意味著在消耗相同功率的情況下，GaN-on-SiC器件不會(huì)像GaAs或Si器件那樣發(fā)熱?！拜^冷的”裝置意味著更可靠的裝置。
GaN器件的功率密度是砷化鎵（GaAs）器件的十倍。更高的功率密度使GaN器件能夠提供更寬的帶寬，更高的放大器增益和更高的效率。
GaN場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）器件可以在比同類GaAs器件高5倍的電壓下工作。由于GaN FET器件可以工作在更高的電壓下，設(shè)計(jì)人員可以更容易地在窄帶放大器設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。阻抗匹配（英語(yǔ)：Impedance matching）是一種設(shè)計(jì)電氣負(fù)載輸入阻抗的方法，其目的是使功率從設(shè)備傳輸?shù)截?fù)載的能力最大化。
GaN FET器件可以吸收兩倍于GaAsFET器件的電流。由于GaN FET器件可以提供兩倍于GaAs FET器件的電流，因此GaN FET器件具有更高的帶寬能力。
大多數(shù)半導(dǎo)體器件對(duì)溫度變化非常敏感。為了保證可靠性，必須將半導(dǎo)體的溫度變化控制在一定范圍內(nèi)。熱管理對(duì)于射頻系統(tǒng)尤其重要，因?yàn)樯漕l系統(tǒng)具有相對(duì)較高的能量損耗，并且會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的散熱問(wèn)題。GaN在保持低溫方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。此外，即使在較高的溫度下，其性能也比硅受到的影響要小。例如，100萬(wàn)小時(shí)MTTF的中位故障時(shí)間表明GaN可以在比GaAs高50攝氏度的溫度下工作。

氮化鎵芯片

Keep Tops氮化鎵具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和廣闊的市場(chǎng)前景。GaN電力電子市場(chǎng)規(guī)模將在2023年達(dá)到4.24億美元。該機(jī)構(gòu)認(rèn)為，未來(lái)GaN器件將在射頻領(lǐng)域和功率領(lǐng)域迎來(lái)更大的增長(zhǎng)。華西證券指出，在隨后的手機(jī)品牌發(fā)布會(huì)上，廣受消費(fèi)者關(guān)注的GaN充電器將繼續(xù)出現(xiàn)在舞臺(tái)上。隨著GaN在消費(fèi)電子行業(yè)的普及，GaN芯片的設(shè)計(jì)和制造成本將迅速下降，進(jìn)一步刺激市場(chǎng)。應(yīng)用大受歡迎。
在5G時(shí)代，GaN材料適用于基站。在宏基站應(yīng)用中，GaN材料由于具有高頻、高輸出功率的優(yōu)勢(shì)，正逐漸取代Si LDMOS。在微型基站中，GaAsPA組件由于其目前市場(chǎng)證明的可靠性和成本效益優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。但隨著器件成本的降低和工藝的提高，GaNPA有望在微型基站中得到應(yīng)用。分一杯羹。在移動(dòng)終端中，由于成本高、電源電壓高，GaN PA短期內(nèi)將無(wú)法撼動(dòng)GaAs PA的霸主地位。

審核編輯 黃宇