氮化镓 (GaN) 功率器件

定义

氮化镓(GaN)是第三代(宽禁带)半导体材料,禁带宽度约为硅的三倍,击穿场强高、电子迁移率高。基于 GaN 的高电子迁移率晶体管(HEMT)利用异质结界面的二维电子气导电,可在高频高压下高效开关。

优势

与硅器件相比,GaN 器件开关频率可高一个数量级,开关损耗小,允许电源使用更小的电感与电容,从而显著缩小体积、提升效率。GaN 通常生长在硅或碳化硅衬底上,其中 GaN-on-Si 成本较低,适合消费类电源。

应用

消费领域最典型的应用是手机与笔记本的氮化镓快充充电器,数十瓦到上百瓦的充电头可以做得非常小巧;工业与通信领域,GaN 用于数据中心电源、激光雷达驱动、5G 基站射频功率放大器等。主要厂商包括英飞凌(收购 GaN Systems)、纳微半导体(Navitas)、EPC、英诺赛科等。与碳化硅相比,GaN 更擅长中低压高频场景,两者形成互补。