隨著氮化鎵（GaN）技術(shù)在各產(chǎn)業(yè)中扮演起重要的角色，中國政府已積極透過資助計(jì)畫、研發(fā)補(bǔ)助以及激勵(lì)政策等方式來支持氮化鎵技術(shù)在中國的發(fā)展。此外，中國近年來出現(xiàn)了許多專注于研發(fā)氮化鎵的公司，并且包括復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)、浙江大學(xué)及中國科學(xué)院等大學(xué)或研究機(jī)構(gòu)也積極地投入氮化鎵相關(guān)領(lǐng)域的研究及發(fā)展。

　　目前中國是宜普公司（EPC）的第二大市場，它在企業(yè)運(yùn)算（Enterprise Computing）、進(jìn)階自動(dòng)駕駛（Advanced Autonomy）和智慧移動(dòng)（eMobility）等氮化鎵應(yīng)用的領(lǐng)域當(dāng)中具有快速成長的優(yōu)勢(shì)。 宜普公司認(rèn)為，若企業(yè)想在產(chǎn)業(yè)中保持領(lǐng)先的競爭優(yōu)勢(shì)，唯有的關(guān)鍵就是不斷的創(chuàng)新。此外，氮化鎵在未來必然會(huì)取代電壓650伏特以下的金屬氧化物半導(dǎo)體場效電晶體（MOFEST）市場，而該市場目前價(jià)值數(shù)十億美元。最后，公司若能夠加速現(xiàn)況的轉(zhuǎn)變，并且研發(fā)出現(xiàn)今矽半導(dǎo)體無法滿足的性能、尺寸以及具有成本優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品，這將能夠維持或增強(qiáng)這些公司在氮化鎵領(lǐng)域上的競爭力。

　　盡管中國企業(yè)在氮化鎵的研發(fā)上已經(jīng)投入大量的資金，但在GaN技術(shù)方面卻沒有處于領(lǐng)先地位。至目前為止，中國企業(yè)在氮化鎵技術(shù)的發(fā)展上仍然落后于宜普（EPC）以及納微半導(dǎo)體（Navitas）等公司。 放眼未來，宜普公司一直致力于制造比硅功率元件擁有更高性能、成本更低的氮化鎵功率元件。宜普公司早在2010 年3 月就開始生產(chǎn)第一個(gè)氮化鎵系列產(chǎn)品，也相當(dāng)于領(lǐng)先同行業(yè)者好幾年。我們作為增強(qiáng)型（常閉型）氮化鎵功率電晶體技術(shù)的開創(chuàng)者，并在2014年首次推出氮化鎵功率集成電路。此外，宜普更是出版了《氮化鎵電晶體–高效功率轉(zhuǎn)換元件》與《氮化鎵功率元件和應(yīng)用》兩本教科書，而這兩本教科書也被大學(xué)廣泛用于培養(yǎng)下一代的電力電子技術(shù)人員。宜普公司目前也正在加速開發(fā)對(duì)于速度及尺寸特性極為要求的400 伏特以下市場。

　　氮化鎵（GaN）半導(dǎo)體詳解

　　氮化鎵（GaN）是一種非常堅(jiān)硬且在機(jī)械方面非常穩(wěn)定的寬帶隙半導(dǎo)體材料。由于具有更高的擊穿強(qiáng)度、更快的開關(guān)、更高的熱導(dǎo)率和更低的導(dǎo)通電阻，氮化鎵基功率器件明顯比硅基器件更優(yōu)越。氮化鎵晶體可以在各種襯底上生長，包括藍(lán)寶石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。在硅上生長GaN外延層可以使用現(xiàn)有的硅制造基礎(chǔ)設(shè)施，從而無需使用成本很高的特定生產(chǎn)設(shè)施，而且可采用低成本、大直徑的硅晶片。

　　氮化鎵材料用于制造半導(dǎo)體功率器件，也可以用于制造射頻元件和發(fā)光二極管（LED）。氮化鎵技術(shù)展示出它可以在功率轉(zhuǎn)換、射頻及模擬應(yīng)用中，替代硅基半導(dǎo)體技術(shù)。 其中，高電子遷移率晶體管（HEMT）使用二維電子氣（2DEG），由不同帶隙的兩種材料之間的結(jié)點(diǎn)構(gòu)成。與等效硅基解決方案相比，氮化鎵基HEMT的開關(guān)更快、熱導(dǎo)率更高和導(dǎo)通電阻更低，因此在電路中采用氮化鎵晶體管和集成電路，可提高效率、縮小尺寸并降低各種電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的成本。

　　在一百多年以前，當(dāng)電子時(shí)代露出曙光時(shí)，功率設(shè)計(jì)工程師一直努力尋求最理想的開關(guān)以支持快速、高效電源轉(zhuǎn)換的開關(guān)，能夠把原始電能轉(zhuǎn)換成受控、有用的流動(dòng)電子。首先出現(xiàn)的是真空管技術(shù)?？墒?，由于它產(chǎn)生大量的熱量，所以能效低，而且體積大和成本高昂，使得它的應(yīng)用受限。隨后在50年代，晶體管被廣泛采用，它的小尺寸及具備較高效率的優(yōu)勢(shì)，使它成為行業(yè)的“圣物”（holy grail），以及很快地替代了真空管而同時(shí)推動(dòng)了龐大的、全新的市場發(fā)展，這是真空管技術(shù)所無法實(shí)現(xiàn)到的。

　　硅材料很快便成為制造半導(dǎo)體晶體管的首選材料。這不獨(dú)是因?yàn)樗举|(zhì)上具備卓越的電氣特性，其生產(chǎn)成本也比真空管低很多。此后，于70及80年代，硅晶體管及隨后的集成電路發(fā)展迅猛。摩爾定律的規(guī)律是晶體管的性能大約于18個(gè)月之間得以翻倍且其制造成本也會(huì)降低，驅(qū)使行業(yè)得以推出具備更高性能及更低成本的全新產(chǎn)品，從而深受客戶歡迎。在功率轉(zhuǎn)換中，硅基功率MOSFET器件實(shí)踐了這個(gè)定律而成為硅基晶體管得以蓬勃發(fā)展的主要因素。

　　就像真空管技術(shù)一樣，硅基功率MOSFET一直以來的發(fā)展–實(shí)現(xiàn)更高的性能及更低的價(jià)格-已經(jīng)到了極限。幸運(yùn)的是，市場一直需求具有極快速的開關(guān)、沒有電阻、更低的成本的理想開關(guān)，而可實(shí)現(xiàn)高性能功率轉(zhuǎn)換晶體管及集成電路的全新材料也推陳而出新。 把電子性能提升至另一個(gè)更高的水平及使得摩爾定律復(fù)活的領(lǐng)先侯選原材料，就是氮化鎵材料。

　　目前已經(jīng)被證實(shí)，與硅基器件相比，氮化鎵器件傳導(dǎo)電子的效率可以高出1000倍，而同時(shí)比硅器件的制造成本較低。硅器件的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)到了極限，而一種新興并具有較高性能的半導(dǎo)體材料正在冒起–它就是氮化鎵半導(dǎo)體。 幸運(yùn)的是，制造氮化鎵器件的成本比制造MOSFET器件的成本為低，這是由于目前用來制造傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體的相同工廠中，采用制造硅器件的標(biāo)準(zhǔn)步驟來制造氮化鎵器件，從而使得具有相同性能的氮化鎵器件的體積可以小型化很多。由于每個(gè)氮化鎵器件都比硅基器件小很多，因此每塊晶圓可以生產(chǎn)出更多的氮化鎵器件，這樣，與等效硅基器件相比，制造氮化鎵器件的成本就總是更低。當(dāng)?shù)壖夹g(shù)繼續(xù)得以提升時(shí)，它與硅基器件的成本差距，將進(jìn)一步擴(kuò)大。

　　氮化鎵材料推動(dòng)了具有更高性能的晶體管及集成電路的出現(xiàn)，目前是勇于創(chuàng)新的功率設(shè)計(jì)工程師的最佳時(shí)機(jī)，于他們的設(shè)計(jì)中，采用并發(fā)揮氮化鎵器件的優(yōu)勢(shì)，包括：

　　更低的導(dǎo)通電阻，從而實(shí)現(xiàn)更低的傳導(dǎo)損耗

　　更快的開關(guān)以實(shí)現(xiàn)更低的開關(guān)損耗

　　更小的電容在對(duì)器件進(jìn)行充電及放電時(shí)，可實(shí)現(xiàn)更低的損耗

　　需要更少的功率來驅(qū)動(dòng)電路

　　更小的器件可以減小解決方案于印刷電路板上的占板面積

　　更低的成本

　　編輯：黃飛