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GaN 如何改变半导体的未来
全球半导体短缺正在推迟从冰箱和微波炉到游戏机和智能手机的所有产品的生产（在新标签页中打开）. 专家表示，该行业可能需要几个月的时间才能恢复，但实际上，短缺正在永远改变消费电子产品。
几十年来，该行业一直依赖硅，但芯片短缺有助于使电子设备更环保、更高效、体积更小。越来越多的公司转向使用氮化镓 (GaN)，因为它比硅芯片更容易、更快速地生产，还有其他好处。
TechRadar Pro与 Navitas Semiconductor 企业营销和投资者关系副总裁 Stephen Oliver 进行了交谈，以了解短缺如何影响消费电子产品并使该行业远离硅。Navitas 为 Anker、Aukey、Belkin、Dell、Hyper、联想、OPPO、RAVPower、Verizon 等数十家公司提供 GaN 芯片。
GaN 会成为硅的替代品吗
氮化镓 (GaN) 是一种“宽带隙”(WBG) 材料，带隙是将电子从围绕原子核的轨道中释放出来并允许其在固体中自由移动所需的能量。这反过来又决定了固体能够承受的电场。
硅 (Si) 的带隙为 1.1 eV，而 GaN 的带隙为 3.4 eV。由于 WBG 材料允许高电场，耗尽区可以非常短或窄，因此器件结构可以具有更高的载流子密度并且可以非常密集地堆积。
例如，典型的 650 V 横向 GaN 晶体管可以支持超过 800 V，并且具有 10-20 µm 或大约 40-80 V/µm 的漏极漂移区。这大大高于硅的理论极限，即 20 V/µm 左右。然而，它仍远低于约 300 V/µm 的带隙极限，为未来横向 GaN 器件的世代改进留下了巨大空间。
在器件级术语中，从归一化导通电阻 (RDS(ON)) 和栅极电荷 (QG) 的乘积得出的品质因数可能比硅好 5 倍到 20 倍，具体取决于实施方式。通过促进更小的晶体管和更短的电流路径，实现了超低电阻和电容，并将开关速度提高了一百倍。
为了充分利用 GaN 功率 IC 的能力，电路的其余部分也必须能够在更高的频率下有效运行。近年来，引入了控制 IC，以采用从 65-100 kHz 到 1 MHz+ 的开关频率，并开发了新的控制器。微控制器和数字信号处理器 (DSP) 也可用于实现当今的软开关电路拓扑结构，同时针对 1-2 MHz 范围优化的各种磁性材料现已上市。
GaN 功率 IC 在半桥拓扑（例如有源钳位反激式、图腾柱 PFC 和 LLC）中结合了频率、密度和效率优势。随着从硬开关拓扑结构到软开关拓扑结构的变化，初级 FET 的一般损耗方程式可以最小化，从而在 10 倍更高的频率下提高效率。
GaN 使用 250-350 nm CMOS 设备进行处理，用于功率处理的相对较大的特征尺寸。CPU、GPU 在 ~1V 下使用硅——并使用亚 10 纳米工艺设备来获得用于数字处理的非常精细的特征尺寸。所以——最佳点是使用 GaN 进行“功率转换”，使用硅进行“数据处理”。
GaN 的未来是什么
凭借破纪录的性能，氮化镓功率 IC 成为电力电子领域第二次革命的催化剂。GaN 目前涵盖 80-900V 的器件电压范围——正在进行的研究工作旨在降低和提高电压范围。
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