氮化镓元件来袭，国内半导体企业却有心无力？

随着氮化镓(GaN)不断应用在二极管、场效电晶体(MOSFET)等元件上，不少业内专家直言，电力电子产业即将迎来技术的大革命。氮化镓虽然在成本上仍比传统硅元件高出一大截，但其开关速度、切换损失等性能指标，也是硅元件难以望其项背的。特别是近年来随着氮化镓广泛被应用于手机快充、电源以及5G市场，氮化镓即将引领半导体技术革命的呼声越来越高。

有望于手机快充、5G市场起飞

当下，氮化镓的主要应用市场是手机快充、电源产业。近年来手机快充技术不断发展，已成为智能手机标配，而促进其普及的重要推手便是氮化镓组件。德州仪器(TI)电源管理应用经理萧进皇曾表示：“氮化镓材料具有低Qg、Qoss与零Qrr的特性，能为高频电源设计带来效率提升、体积缩小与提升功率密度的优势，因此在服务器、通讯电源及便携设备充电器等领域受到市场相当不错的回响，应用需求也越来越多。”

为了缩短电池充电时间，缩小快充装置，充电器制造商必须改用氮化镓组件来实现产品设计。据了解，氮化镓制程已经吸引台积电等晶圆代工业者投入。戴乐格(Dialog)便是与台积电合作，利用台积电标准化的650V硅上氮化镓(GaN-On-Silicon)制程技术，针对消费性市场推出可大规模量产的解决方案。

此外，无线电通信也非常需要高性能的氮化镓半导体组件。在去年年底举行的MACOM媒体见面会上，MACOM无线产品中心资深总监成钢曾表示，MACOM推出的第四代的氮化镓产品峰值效率达到70%，即是说如果让中国现在所用的4G基站均采用氮化镓而不是传统的LDMOS，按照6毛钱一度电，7x24小时运营来计算，其可为运营商一年节省23亿元电费，如果是效率更低的2G、3G成本将节约更多。

而对于正在落实中的5G通信，氮化镓技术同样起到了极大的推动作用。5G移动通信将从人与人通信拓展到万物互联，预计2025年全球将产生1000亿的连接，需求成长能力十分可观。但显然5G技术的门槛相对更高，不仅需要超带宽，更需要高速接入，低接入时延，低功耗和高可靠性以支持海量设备的互联。而氮化镓器件拥有更高的功率密度、更高效率和更低功耗，刚好能够满足5G通信对于半导体元器件性能的要求。

国企有心无力?急需建立氮化镓产业链

氮化镓作为新一代元件，国内外企业都在积极布局。虽然早在2000年我国便开始了以氮化镓和碳化硅为代表的宽禁带半导体电力电子器件的研发工作。但我国氮化镓核心材料、器件原始创新能力仍相对薄弱，目前氮化镓方面的核心技术主要集中在国外企业手上。

目前国内在只有极少数的公司在氮化镓有深入的研究，更别说具备氮化镓晶片生产能力，其中华为、中兴等巨头都是选择通过与MACOM形成战略合作伙伴关系，并且只是将硅基氮化镓产品应用于打造基站方面。相对于氮化镓的巨大潜力，国内企业似乎陷入了有心无力的僵局。

作为国内乃至全球为数不多的具备氮化镓晶片生产能力的公司，苏州纳维科技总经理徐科认为氮化镓的未来市场是一个数万亿美元的市场，但也指出国内更需要的是建立氮化镓产业链，发展氮化镓的产业链——在整个产业链中，国内在氮化镓基底的器件研发和生产上仍然面临断层。

总的来说，在手机快充的需求带动与5G通信的落实效应下，氮化镓组件的市场前景十分广阔，相信经济规模很快就会出现。在这个机遇时刻，企业要加快布局，不仅要加强研发，推出相关氮化镓组件产品，更要对重要应用市场——手机快充、5G通信、电源等加大投资力度，建立起产业链，同时形成以氮化镓为依靠的半导体产业体系。

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属于半导体行业。

氮化镓是一种无机物，化学式GaN，是氮和镓的化合物，是一种直接能隙（direct bandgap）的半导体，自1990年起常用在发光二极管中。此化合物结构类似纤锌矿，硬度很高。氮化镓的能隙很宽，为3.4电子伏特，可以用在高功率、高速的光电元件中。

材料应用

新型电子器件

GaN材料系列具有低的热产生率和高的击穿电场，是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料。目前，随着 MBE技术在GaN材料应用中的进展和关键薄膜生长技术的突破，成功地生长出了GaN多种异质结构。用GaN材料制备出了金属场效应晶体管（MESFET）、异质结场效应晶体管(HFET)、调制掺杂场效应晶体管（MODFET）等新型器件。

光电器件

GaN材料系列是一种理想的短波长发光器件材料，GaN及其合金的带隙覆盖了从红色到紫外的光谱范围。自从1991年日本研制出同质结GaN蓝色 LED之后，InGaN/AlGaN双异质结超亮度蓝色LED、InGaN单量子阱GaNLED相继问世。目前，Zcd和6cd单量子阱GaN蓝色和绿色 LED已进入大批量生产阶段，从而填补了市场上蓝色LED多年的空白。

以上内容参考 百度百科-氮化镓

氮化镓，化学式GaN，英文名称Gallium nitride，分子量83.73，是氮和镓的化合物，是一种直接能隙的半导体，此化合物结构类似纤锌矿，硬度很高。氮化镓的能隙很宽，为3.4电子伏特。

性质与稳定性

如果遵照规格使用和储存则不会分解。

避免接触氧化物，热，水分/潮湿。

GaN在1050℃开始分解：2GaN(s)=2Ga(g)+N2(g)。X射线衍射已经指出GaN晶体属纤维锌矿晶格类型的六方晶系。

在氮气或氦气中当温度为1000℃时GaN会慢慢挥发，证明GaN在较高的温度下是稳定的，在1130℃时它的蒸气压比从焓和熵计算得到的数值低，这是由于有多聚体分子(GaN)x的存在。

GaN不被冷水或热水，稀的或浓的盐酸、硝酸和硫酸，或是冷的40%HF所分解。在冷的浓碱中也是稳定的，但在加热的情况下能溶于碱中。

材料特性

GaN是极稳定的化合物，又是坚硬的高熔点材料，熔点约为1700℃，GaN具有高的电离度，在Ⅲ—Ⅴ族化合物中是最高的（0.5或0.43）。在大气压力下，GaN晶体一般是六方纤锌矿结构。它在一个元胞中有4个原子，原子体积大约为GaAs的一半。因为其硬度高，又是一种良好的涂层保护材料。

化学特性

在室温下，GaN不溶于水、酸和碱，而在热的碱溶液中以非常缓慢的速度溶解。NaOH、H2SO4和H3PO4能较快地腐蚀质量差的GaN，可用于这些质量不高的GaN晶体的缺陷检测。GaN在HCL或H2气下，在高温下呈现不稳定特性，而在N2气下最为稳定。

结构特性

GaN的晶体结构主要有两种，分别是纤锌矿结构与闪锌矿结构。

氮化镓的应用

氮化镓号称第三代半导体核心材料。相对硅而言，氮化镓拥有更宽的带隙，宽带隙也意味着，氮化镓能比硅承受更高的电压，拥有更好的导电能力。简而言之两种材料在相同体积下，氮化镓比硅的效率高出不少。如果氮化镓替换现在所有电子设备，可能会让电子产品的用电量再减少10%或者25%。，采用氮化镓为材料基础做出的充电器，能够实现更好的功率，带来更小的体积。早期的氮化镓材料被运用到通信、军工领域，随着技术的进步以及人们的需求，氮化镓产品已经走进了我们生活中，在充电器中的应用也逐步布局开来。氮化镓是目前全球最快功率开关器件之一，并且可以在高速开关的情况下仍保持高效率水平，能够应用于更小的变压器，让充电器可以有效缩小产品尺寸。比如导入USB PD快充参考设计，使目前常见的45W适配器设计可以采用30W或更小的外形设计。

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