氮化鎵是何方神圣？有很多人看到一定是滿滿的疑惑。

為了大家能夠?qū)W到新知識(shí)真是操碎了心。對(duì)比了下各大資料網(wǎng)站，鮮少能看到泛氮化鎵半導(dǎo)體知識(shí)如此全面的網(wǎng)站，點(diǎn)進(jìn)去看真是干貨滿滿?。?/span>今天就做一個(gè)氮化鎵材料的解讀吧。

氮化鎵（GaN），是由氮和鎵組成的一種半導(dǎo)體材料，因?yàn)槠浣麕挾却笥?.2eV，又被稱(chēng)為寬禁帶半導(dǎo)體材料，在國(guó)內(nèi)也稱(chēng)為第三代半導(dǎo)體材料。

氮化鎵具有禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)高、飽和電子速率大、熱導(dǎo)率高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為高溫、高頻、大功率微波器件的首要材料之一。其目前主要用于功率器件領(lǐng)域，未來(lái)在高頻通信領(lǐng)域也將有極大應(yīng)用潛力。

在任何電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，某種程度的電源轉(zhuǎn)換損耗是肯定的，但由于寬頻間隙， GaN明顯比硅表現(xiàn)出更低的損耗，這也意謂著更好的電源轉(zhuǎn)換效能。因?yàn)镚aN片可比等效的硅片更小，使用此技術(shù)的元件可被置于尺寸更小的封裝規(guī)格中。由于其高流動(dòng)性，GaN在用于要求快速開(kāi)關(guān)的電路中效能極高。圖1顯示GaN HEMT元件的實(shí)體結(jié)構(gòu)以及它如何相似于現(xiàn)有的MOSFET技術(shù)。 GaN中的側(cè)向電子流同時(shí)提供低導(dǎo)通損耗(低導(dǎo)通阻抗)和低開(kāi)關(guān)損耗。而且，提高的開(kāi)關(guān)速度也有助于節(jié)省空間，因?yàn)殡娫措娐匪粍?dòng)件可以更少，配套的磁性元件中使用的線圈可以更小。此外， GaN提供的更高的電源轉(zhuǎn)換效能意味著更少的散熱量—縮小了需要分配給熱管理的空間。

氮化鎵外延片的用來(lái)制造器件有很多具體的指標(biāo)，包括晶格缺陷、徑向偏差、電阻率、摻雜水平、表面粗糙度、翹曲度等，在不同的襯底材料長(zhǎng)的外延層晶體質(zhì)量差別較大。

襯底材料是半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的基石。不同的襯底材料，需要不同的外延生長(zhǎng)技術(shù)、芯片加工技術(shù)和器件封裝技術(shù)，襯底材料決定了半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展路線。

氮化鎵市場(chǎng)前景

在5G基站等射頻領(lǐng)域方面，射頻氮化鎵技術(shù)是5G的絕配，基站功放使用氮化鎵。氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)和磷化銦(InP)是射頻應(yīng)用中常用的三五價(jià)半導(dǎo)體材料。與砷化鎵和磷化銦等高頻工藝相比，氮化鎵器件輸出的功率更大；與LDCMOS和碳化硅(SiC)等功率工藝相比，氮化鎵的頻率特性更好。氮化鎵器件的瞬時(shí)帶寬更高，基站應(yīng)用需要更高的峰值功率，這些因素都促成了基站接受氮化鎵器件。

在電力電子領(lǐng)域方面，氮化鎵技術(shù)有望大幅改進(jìn)電源管理、發(fā)電和功率輸出等應(yīng)用。GaN在未來(lái)幾年將在許多應(yīng)用中取代硅，其中，快充是第yi個(gè)可以大規(guī)模生產(chǎn)的應(yīng)用。GaN器件在高頻、高轉(zhuǎn)換效率、低損耗、耐高溫上具有極大的優(yōu)勢(shì)，隨著5G手機(jī)耗電量增加，大功率快充將成為標(biāo)配，GaN快充技術(shù)可以很好地解決大電池帶來(lái)的充電時(shí)長(zhǎng)問(wèn)題。

氮化鎵發(fā)展面臨的問(wèn)題

1、原材料短缺。氮化鎵是自然界沒(méi)有的物質(zhì)，完全要靠人工合成，并且由于反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，速度慢，反應(yīng)副產(chǎn)物多，設(shè)備要求苛刻，技術(shù)異常復(fù)雜，所以產(chǎn)能極低。

2、原始創(chuàng)新能力低。國(guó)內(nèi)開(kāi)展SiC、GaN材料和器件方面的研究工作比較晚，與國(guó)外相比水平較低，且氮化鎵是重要國(guó)防軍工產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)，國(guó)外對(duì)我國(guó)技術(shù)封鎖，目前我國(guó)氮化鎵核心材料、器件原始創(chuàng)新能力仍相對(duì)薄弱。

3、氮化鎵封裝成本極高。氮化鎵主要用金屬陶瓷封裝，封裝成本占到整個(gè)器件成本的三分之一到一半。盡管業(yè)界已經(jīng)在嘗試純銅、塑封、空腔塑封等形式來(lái)替代金屬陶瓷封裝，但由于金屬陶瓷封裝在性能、散熱與可靠性上的優(yōu)勢(shì)，仍然是氮化鎵器件的首要封裝。