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第3代半导体材料--氮化镓
2020-5-5

2月13日,小米年度旗舰手机小米10正式发布,其中有一款手机搭载Type-C 65W氮化镓充电器脱颖而出。雷军在发布会上介绍,氮化镓是一种新型半导体材料,做出的充电器体积特别小,充电效率却特别高,像小米氮化镓65W充电器,比标配的65W充电器体积要小一半,而要把Mi 10 PRO充满电只需要45分钟。

 

“神秘”的氮化镓

氮化镓是由氮和镓组成的一种半导体材料,因其禁带宽度(半导体的一个重要特征参量,决定着器件的耐压和最高工作温度)大于2.2eV,也被称为宽禁带半导体材料。

外界更为熟悉的碳化硅,其实也是宽禁带半导体,因此,氮化镓和碳化硅在特性上有很多相似之处,比如都有较高的电子迁移率和耐高温性。

 

若进一步比较,氮化镓的高频特性会比碳化硅更好,且硅基氮化镓的成本更低,应用场景主要是在10kw和900v以下。

实际上氮化镓并不是一个新鲜事物,它在国外已经推了十几年,国内也早有研究,早在1990年氮化镓就应用在在发光二极管中,1998年中国十大科技成果之一是合成纳米氮化镓

  

  品利基金在一份研报中指出,氮化镓目前的应用方向主要有三个:一是光电领域,如LED、VCSEL传感器等;二是功率领域,包括快充头、变频器、新能源汽车、消费电子等电子电力器件;三是射频领域,包括5G基站、军事雷达、低轨卫星、航天航空等领域。

最近几年随着大家对氮化镓研究的不断深入,氮化镓的应用越来越广,而且最近几年开始成为第3代芯片材料。

与传统的硅芯片材料相比,氮化镓优势是非常明显的,传统的硅芯片材料本身就有一些缺陷,比如当温度超过200摄氏度后,硅基设备开始出故障,而相对来说,氮化镓的坚硬性好,熔点高达1700℃,其耐高温程度要远远超过普通的圭硅心片材料,此外氮化镓能应对的电场强度也是硅的50多倍。

也正因氮化镓具有良好的耐热性能,因此由其制成的电子设备几乎不需要冷却,很多电子设备配备氮化镓晶体管后将不再需要高能耗的冷却系统,从而减少电子设备的能耗。

 

随着GaN产品在消费电子渗透率提升和5G基建刚需的带动下,成本下降,应用场景将进一步扩大到5G基站、新能源汽车、激光雷达、数据中心等,这给平板变压器未来应用场景带来更多可能。

 

 

原本在航天发展里面,所有的东西都是专用的。比如说卫星,本身实际上就是太空计算机,卫星这个行业它的本质其实是在近地轨道上放置一个计算机,通过火箭完成发射,并且把这个太空计算机放到近地轨道上。随后,这个太空计算机在太空中把光能转化为电能,继而进行运算。因为卫星运行轨道上有太空射线、温差等一系列的特殊的空间环境,所以我们必须使用专用芯片。但是,经过七八年左右的发展,太空芯片已经可以和地面的芯片,包括汽车工业体系进行融合。可以看出,科技在其中起到非常重大的推动作用,包括太空材料的进步,也包括氮化镓的运用

 

 
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