傳統(tǒng)上，半導(dǎo)體生產(chǎn)中最常用的材料是硅 (Si)，因?yàn)樗馁Y源豐富且價(jià)格實(shí)惠。然而，半導(dǎo)體制造商可以使用許多其他材料。此外，它們中的大多數(shù)都提供額外的好處，例如碳化硅 (SiC)、砷化鎵 (GaAs) 和氮化鎵 (GaN)。在這些潛在材料中，GaN 或氮化鎵正變得被廣泛認(rèn)可和首選。這是因?yàn)?GaN 晶體管與材料對(duì)應(yīng)物相比具有多個(gè)優(yōu)勢(shì)。

GaN 晶體管，甚至 SiC 上的 GaN 晶體管，具有高擊穿容限、增強(qiáng)的導(dǎo)熱性、更快的開關(guān)速度和更低的導(dǎo)通電阻。這使得它們比基于硅的設(shè)備更全面。這些特性帶來了許多好處，使材料和技術(shù)對(duì)現(xiàn)代應(yīng)用具有吸引力。

什么是 GaN 晶體管？

氮化鎵可以顯著增強(qiáng)半導(dǎo)體的性能和設(shè)計(jì)。它具有高電子遷移率，這意味著與其他材料相比，它可以在更高的頻率和更高的效率下支持更高的增益。更重要的是，它的高活化能提供了卓越的熱性能，以及更高的擊穿電壓。晶體管必須能夠承受多種熱量、能量和環(huán)境條件。當(dāng)他們失敗時(shí)，它可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰。

這些優(yōu)勢(shì)造就了更好的半導(dǎo)體和設(shè)備，為可靠性和效率帶來了可喜的好處。一些現(xiàn)實(shí)世界的例子可能有助于展示其真正的承諾。由于 GaN 晶體管可以承受更大范圍的溫度并且可靠，因此它們可用于堅(jiān)固耐用的全天候技術(shù)。電信領(lǐng)域也在放大器中使用它們。為什么？它們?cè)试S更寬的信號(hào)帶寬，創(chuàng)造更強(qiáng)大和更有能力的通信設(shè)備。這些放大器還使用更少的能源，從而在不影響效率的情況下降低了運(yùn)營(yíng)成本。

賦能物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)半導(dǎo)體具有傳統(tǒng)設(shè)備所沒有的獨(dú)特要求。它們必須能夠利用低功耗——并在這些條件下高效運(yùn)行——具有內(nèi)置的安全措施，并且外形尺寸要小得多。更糟糕的是，物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)越來越受歡迎，而且有充分的理由。現(xiàn)在，半導(dǎo)體和相關(guān)設(shè)備的需求量很大。然而，能夠適應(yīng)這些限制的材料或技術(shù)并不多。

GaN晶體管絕對(duì)可以。雖然前期材料可能更貴，但由于所獲得的好處，回報(bào)是值得的。

那么，GaN晶體管的高級(jí)優(yōu)勢(shì)是什么？

更小的外形尺寸

與同類器件相比，GaN 晶體管具有更高的功率密度、更高的熱導(dǎo)率和更高的擊穿電壓。最重要的是，它們的功率要求要低得多，因此您可以事半功倍。這使得更小尺寸設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造既能適應(yīng)更小、更薄的技術(shù)，又不會(huì)影響功率、可靠性或安全性。

考慮到我們?cè)诋?dāng)今領(lǐng)域的許多旗艦技術(shù)正在盡可能地精簡(jiǎn)，這是一個(gè)巨大的福音。

打火機(jī)技術(shù)

纖薄或小巧的外形并不能使它變得輕巧，尤其是當(dāng)您將大量物品裝入小框架時(shí)。但由于 GaN 晶體管可適應(yīng)更高的開關(guān)頻率，因此電路中使用的支持電感器和功率電容器也不需要那么大。不要介意使用較小硬件的成本優(yōu)勢(shì)，它還顯著降低了最終產(chǎn)品的重量和體積。

這不僅讓位于更輕薄的技術(shù)，還讓位于更輕的技術(shù)，具有更高的性能和效率等級(jí)。

降低系統(tǒng)成本

雖然 GaN 晶體管和氮化鎵的成本通常高于其他材料和導(dǎo)體類型，但在實(shí)施這些材料時(shí)，許多人仍然認(rèn)為系統(tǒng)成本較低。通過減小設(shè)備中其他組件的尺寸和成本，并使用無源電感元件等替代方法，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約。

重要的是要指出，由于 GaN 晶體管具有更高的功率密度、更小的體積和其他特性，因此許多這些替代方案都是可能的。

更好的產(chǎn)品

在沒有完整列出 GaN 晶體管的所有有益特性的情況下，我們將再次指出它們有助于更好的半導(dǎo)體和器件。當(dāng)然，這會(huì)帶來更好的產(chǎn)品，從支持更寬信號(hào)頻段的通信設(shè)備到能夠承受極端溫度和環(huán)境的技術(shù)。

即使是消費(fèi)級(jí)設(shè)備也受益于增強(qiáng)的可靠性，并獲得了卓越的使用壽命和性能。難怪 GaN 晶體管是5G 技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的首選半導(dǎo)體。

降低能源成本

由于 GaN 晶體管效率更高、功能更強(qiáng)大，因此它們降低了所用技術(shù)的能源和運(yùn)營(yíng)成本。當(dāng)它們長(zhǎng)時(shí)間供電時(shí)消耗的能量更少，因?yàn)樗鼈兙哂辛己玫膶?dǎo)熱性 - 熱量。它們還以更小的整體尺寸產(chǎn)生更多的功率，并且失敗的可能性要低得多。

增強(qiáng)型無線電力傳輸

更高的開關(guān)頻率還可以實(shí)現(xiàn)更高功率的無線功率傳輸或電磁功率傳輸。充電或傳輸時(shí)，設(shè)備之間的距離可以更遠(yuǎn)，從而提供更好的空間自由度。此外，發(fā)射信號(hào)更強(qiáng)，更好地接收氣隙。

由此產(chǎn)生的技術(shù)僅僅因?yàn)樵鰪?qiáng)的功能而受益。想象一下，即使在距離集線器或系統(tǒng)更遠(yuǎn)的地方，也可以為更快、更可靠、更實(shí)用的設(shè)備提供無線充電支持。

GaN 晶體管的優(yōu)勢(shì)已得到證實(shí)

在這一點(diǎn)上，應(yīng)該清楚的是 GaN 晶體管——以及氮化鎵材料——更高效、更可靠，盡管它更小、更輕。

隨著數(shù)字化的興起和許多技術(shù)的進(jìn)步，這些優(yōu)勢(shì)使尖端創(chuàng)新成為可能。快速的開關(guān)速度、高功率密度、更小尺寸的更高效率以及令人難以置信的可靠性，僅舉幾例。

對(duì)于制造商和設(shè)備制造商來說，最相關(guān)的問題是，前期成本是否值得投資？如果您正在尋找功能強(qiáng)大且更可靠的設(shè)備，那么答案是肯定的。

審核編輯：湯梓紅