第三代半导体材料爆发！氮化镓站上最强风口

随着市场对半导体性能的要求不断提高，第三代半导体等新型化合物材料凭借其性能优势开始崭露头角，成为行业未来重要增长点。

相对于第一代（硅基）半导体，第三代半导体禁带宽度大，电导率高、热导率高。第三代半导体的禁带宽度是第一代和第二代半导体禁带宽度的近3倍，具有更强的耐高压、高功率能力。

氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)并称为第三代半导体材料的双雄，由于性能不同，二者的应用领域也不相同。

氮化镓、高电流密度等优势，可显著减少电力损耗和散热负载，迅速应用于变频器、稳压器、变压器、无线充电等领域，是未来最具增长潜质的化合物半导体。

与GaAs和InP等高频工艺相比，氮化镓器件输出的功率更大；与LDCMOS和SiC等功率工艺相比，氮化镓的频率特性更好。

随着行业大规模商用，GaN生产成本有望迅速下降，进一步刺激GaN器件渗透，有望成为消费电子领域下一个杀手级应用。

GaN主要应用于生产功率器件，目前氮化镓器件有三分之二应用于军工电子，如军事通讯、电子干扰、雷达等领域。

在民用领域，氮化镓主要被应用于通讯基站、功率器件等领域。氮化镓基站PA的功放效率较其他材料更高，因而能节省大量电能，且其可以几乎覆盖无线通讯的所有频段，功率密度大，能够减少基站体积和质量。

氮化镓在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。随着5G高频通信的商业化，GaN将在电信宏基站、真空管在雷达和航空电子应用中占有更多份额。

根据Yole估计，大多数Sub 6GHz的蜂窝网络都将采用氮化镓器件，因为LDMOS无法承受如此之高的频率，而砷化镓对于高功率应用又非理想之选。

同时，由于较高的频率会降低每个基站的覆盖范围，需要安装更多的晶体管，因此市场规模将迅速扩大。

Yole预测，GaN器件收入目前占整个市场20%左右，到2025年将占到50%以上，氮化镓功率器件规模有望达到4.5亿美元。

从产业链方面来看，氮化镓分为衬底、外延片和器件环节。

尽管碳化硅被更多地作为衬底材料（相较于氮化镓），国内仍有从事氮化镓单晶生长的企业，主要有苏州纳维、东莞中镓、上海镓特和芯元基等。

从事氮化镓外延片的国内厂商主要有三安光电、赛微电子、海陆重工、晶湛半导体、江苏能华、英诺赛科等。

从事氮化镓器件的厂商主要有三安光电、闻泰 科技 、赛微电子、聚灿光电、乾照光电等。

GaN技术的难点在于晶圆制备工艺，欧美日在此方面优势明显。由于将GaN晶体熔融所需气压极高，须采用外延技术生长GaN晶体来制备晶圆。

其中日本住友电工是全球最大GaN晶圆生产商，占据了90%以上的市场份额。GaN全球产能集中于IDM厂商，逐渐向垂直分工合作模式转变。美国Qorvo、日本住友电工、中国苏州能讯等均以IDM模式运营。

近年来随着产品和市场的多样化，开始呈现设计业与制造业分工的合作模式。

尤其在GaN电力电子器件市场，由于中国台湾地区的台积电公司和世界先进公司开放了代工产能，美国Transphorm、EPC、Navitas、加拿大GaN Systems等设计企业开始涌现。

在射频器件领域，目前LDMOS（横向扩散金属氧化物半导体）、GaAs（砷化镓）、GaN（氮化镓）三者占比相差不大，但据Yoledevelopment预测，至2025年，砷化镓市场份额基本维持不变的情况下，氮化镓有望替代大部分LDMOS份额，占据射频器件市场约50%的份额。

GaAs芯片已广泛应用于手机/WiFi等消费品电子领域，GaN PA具有最高功率、增益和效率，但成本相对较高、工艺成熟度略低，目前在近距离信号传输和军工电子方面应用较多。

经过多年的发展，国内拥有昂瑞微、华为海思、紫光展锐、卓胜微、唯捷创芯等20多家射频有源器件供应商。

根据2019年底昂瑞微董事长发表的题为《全球5G射频前端发展趋势和中国公司的应对之策》的报告显示，截至报告日，国内厂家在2G/3G市场占有率高达95%；在4G方面有30%的占有率，产品以中低端为主，销售额占比仅有10%。

目前我国半导体领域为中美 科技 等领域摩擦中的卡脖子方向，是中国 科技 崛起不可回避的环节，产业链高自主、高可控仍是未来的重点方向。第三代半导体相对硅基半导体偏低投入、较小差距有望得到重点支持，并具备弯道超车的可能。

目前使用的PD3.0快速充电标准电力输出上限为20V5A，功率受限于100W，虽然已在大部分数码产品上得以应用，但无法满足高性能笔记本电力需求。苹果Macbook Pro 2021采用全新的PD3.1快速充电标准来实现140W通用快充支持，但原配的140W充电器体积大、接口少，难以满足用户各种所需。

2021年12月30日，曾打造出多款高功率便携充电爆款产品的SHARGE闪极，发布了全新的SHARGEEK 探索 先锋系列 S140充电器、130W可视移动电源-银翼 探索 版。针对Macbook Pro 2021需求，率先推出PD3.1 140W多口充电器，体积更小巧、重量更轻、接口更多、兼容性更广泛。SHARGEEK S140充电器采用PD3.1快速充电标准，配合全新的EPR数据线，最高可提供28V5A电力输出，功率高达140W，打破了PD3.0 100W功率上限。

SHARGEEK S140充电器设置了三个输出接口，两个USB-C + 一个USB-A，也就是俗称的2C1A黄金搭配，除可为主流数码产品提供快充支持外，不同接口类型也兼容了不同线缆与新旧设备使用，同时还兼顾了多设备同时充电的使用需求。

强悍的性能并未带来更大的体积， SHARGEEK S140充电器采用第三代半导体——GaN（氮化镓）技术制作，配合立体堆叠设计，三维尺寸仅为73mm X 73mm X 28mm，功率密度达到0.93W/cm³。与同样是PD3.1的苹果140W充电器对比，SHARGEEK S140充电器体积缩减25%，且拥有灵活的接口配置。

SHARGEEK S140充电器使用了MPS（美国芯源系统有限公司）的数字可编程控制器，极大降低开关损耗，进一步提升电源转换效率。同时，闪极优化传统的PFC+LLC架构，结合数字控制手段实现零电压切换零电流切换，降损提效，实现比同类产品更高的效率。

传统充电器在面对超大功率输出时，往往伴随着高热量。针对这一问题，闪极实验室通过热仿真热模拟，组合使用“太空硅胶”导热材料，结构优化和外壳条纹等创新设计，充分发挥对流散热、辐射散热的性能，让SHARGEEK S140充电器在高功率充电时，依然保持较低温度。

充电头网总结

SHARGEEK S140充电器支持新一代PD3.1快速充电标准，支持28V5A电力输出，高达140W输出完美适配Macbook Pro 2021满功率快充需求，且向下兼容PD3.0、PD2.0，通用市面上绝大部分数码设备使用。

依赖于氮化镓技术、立体堆叠技术、PFC+LLC架构，SHARGEEK S140充电器拥有0.93W/cm³超高功率密度，大功率也能保持小巧轻便。2C1A三口输出是一个十分灵活的接口配置，兼顾了超大功率快充与多设备充电需求，也更好地支持新老设备不同线缆使用。

SHARGEEK S140充电器定价为499元，目前已经登陆INDIEGOGO众筹，发布会限时特惠价格399元，国内现货发售时间为2022年3月。

同时这次在发布会中还发布了全新的130W可视移动电源，此款新品延续了上一代产品透明赛博朋克的外观设计，采用金属框架巧妙设计满足热量传递与结构支撑等多种用途，拥有20000mAh大容量可携带登机。最大支持130W输出，能够满足笔记本，平板，相机，无人机等众多设备充电，USB-C和USB-A两个接口可以支持两台设备同时快充。

130W可视移动电源售价为999元，目前已登陆Kickstarter众筹平台，发布会限时特惠价格折合人民币899元，国内现货开售及发售时间为2022年2月。

以下是氮化镓充电器的详细解释：

氮化镓，分子式GaN，英文名称Gallium nitride，是氮和镓的化合物，是一种直接能隙（direct bandgap）的半导体，氮化镓（GaN）是第三代半导体材料之一。

与第一代和第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更大的电子饱和度以及更高的抗辐射能力。

GaN具有高禁带宽度、高饱和电子迁移速度、高热导率等特点，因此GaN比Si更适合做大功率高频的功率器件，具有体积小、易散热、损耗小、功率大等优点。应用在充电器上，可以极大的改善功率、体积和发热问题。

氮化镓充电器使用的组件比标准充电器更少，并且体积更小。得益于GaN拥有低损耗和高开关频率的特点，不仅发热更低，同时可以减小变压器和电容的体积。

在功率相同的情况下，GaN技术大幅缩小了充电器的体积。同样功率下，氮化镓充电器体积更小。

氮化镓不存在于自然界，只能在最先进的实验室中制成。氮化镓作为新型第三代化合物，合成环境要求很高，制造成本高成为氮化镓充电器主要缺点。

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