效率是所有工业部门（包括消费部门）的驱动力。在电子系统中，效率会导致性能限制以及使用寿命的缩短。但是，更高的效率将行业推向更高的功率密度，同时拥有更小、更轻、更可靠的产品的可能性，同时消除了性能限制，并在数据中心和汽车系统中提供了更高的功率水平。
随着连接设备的数量每天增加，更高效的电源转换可以部分减少为数十亿个设备供电的总财务成本。而且由于涉及的数量巨大，提高整体效率以降低环境成本在最近变得同等重要。
限制损耗至关重要，继而限制了系统的效率，通常会导致强烈的散热。这种损耗在功率转换中很普遍，热量是半导体器件的特殊敌人。从电子设备中去除多余热量的成本是不受欢迎的，并且对环境有害。这推动了更高效半导体器件的研究和开发，以提高功率转换效率，提高功率密度并减少能源管理的总体财务和环境影响。
宽禁带（WBG）半导体
功率半导体历来以硅衬底为基础，而硅是一种出色的通用半导体，在处理高电压时有充分记载的限制。市场正在继续争夺更大功率的需求，并且整个行业通常都从硅转向了更适合功率的半导体材料。这些材料被归类为宽带隙，是指它们在晶体上与硅等材料在物理上有所不同。这些差异代表了几个基本特征，其中之一是它们能够以较高的开关频率工作，同时将损耗保持在浅水平和可管理的水平。
晶体管是微电子工业的基础。基材决定了它们的行为，因此定义了特性和功能。晶体管本质上是一个压控开关，所需功率越大，尺寸越大。这可以通过使用WBG材料来补偿。 WBG晶圆的供应链仍在优化中，并且不如已经存在的庞大硅晶圆基础设施和供应链成熟。为了克服提高效率的障碍/障碍，业界在开发新的基板方面做出了巨大的努力，同时继续利用硅所带来的规模经济。
用创新的半导体制成的新型晶体管，例如碳化硅（SiC）或氮化镓（GaN），目前非常需要为汽车工业和替代能源构建动力系统。
GaN技术的两种变体是硅上的GaN（硅上的GaN）和碳化硅上的GaN（SiC上的GaN）。 SiC上的GaN为太空和军事雷达应用做出了很大贡献。如今，RF工程师正在寻找新的应用和解决方案，以利用SiC上的GaN。
硅基氮化镓可实现低成本，大直径衬底的增长，并且更容易使用大容量硅晶圆厂进行器件生产。
氮化镓以HEMT（高电子迁移率晶体管）外延晶体管的形式出现在各种基板材料上，是用于RF、微波和mmW领域的高性能器件的最新且最有前途的半导体技术。对于基于硅基氮化镓和基于SiC氮化镓的器件，尤其如此，它们既具有前沿的高频功能，又具有在大晶圆直径CMOS晶圆代工厂中规模化生产的能力。
硅基GaN功率晶体管比传统的硅功率晶体管更能提供高效率，部分原因是转换器拓扑结构和技术需求。具有零反向恢复电荷的GaN使其可以用于以前未考虑电源的拓扑中。正是最近启用的拓扑与新的GaN技术结合使用，有助于实现更高的功率性能水平。峰值电流与反向恢复电荷相关，该反向电流在硅功率晶体管中可能很大，以致不能用于具有重复反向恢复的转换拓扑中，包括半桥拓扑。
基板的优点是可以通过提供良好的集成来降低成本。可以将LNA（低噪声放大器），开关，PA（功率放大器）集成在单个基板上。硅基氮化镓确实有很大的兴趣。集成确实具有其优势，但是首先需要需要应用的大功率，高连接性的终端连接。在这些情况下，SiC上的GaN证明了其有效性。
参量
尽管硅半导体将在许多年内仍是主流解决方案，但在某些应用中，客户可以利用WBG半导体的特性，包括改进的带隙（eV）、击穿场（MV / cm）、热导率（W / cm-K）、电子迁移率（cm2 / Vs）和电子漂移速度。在不涉及半导体物理细节的情况下，可以说这些改进的参数使WBG半导体适用于高压，高开关频率应用，同时提高了功率密度和散热。
WBG半导体功率开关的主要优点包括高电流密度，更快的开关速度和更低的漏源导通电阻（RDS（on））。从终端客户的角度来看，这些设备性能的提高可带来重大的系统级收益。在现实生活中的应用中，客户可以实现高温操作，并降低整体系统尺寸和重量。
消费市场趋势
至于GaN在现实应用中的扩展，无线充电是最热门的领域之一。随着无线充电已成为手机越来越普遍的趋势，GaN使工业客户也可以利用该技术的优势。在高频下，GaN表现出优于硅的最明显优势。硅用于较低功率的应用中，但是随着应用需求扩展到数十瓦甚至千瓦时，效率变得越来越重要。更高的开关频率不仅可以提高效率，还可以提供客户可以受益的其他优势。
我们目前在消费市场上看到的一种趋势是，对移动电话新的高性能功能的强烈需求。高速数据传输，更大，更高质量的屏幕，面部感应功能以及下一代5G很快将需要新的电源管理解决方案。所有这些功能都需要性能更高或更大的电池。更大的电池意味着更长的充电时间。除了确定便携式设备的正确尺寸外，市场上还出现了新的充电解决方案，以便它们可以对手机进行快速充电。
当前的电池需要至少两个小时才能充满电。降低时间的需求导致了新的电源解决方案进入市场，从最初的15瓦到功率更高的100瓦。
与其他硅解决方案相比，氮化镓是一种通过提供尺寸大大减小的器件来提供更高效率的材料。与其他解决方案相比，它可以使我们达到更高的功率，因此可以在更短的时间内为设备充电。
YoleDéveloppement（Yole）技术与市场分析师Ezgi Dogmus说：“我们看到了2019年，这是来自中国OEM厂商OPPO的第一个例子，该公司在其快速充电器中使用了氮化镓器件。从那时起，我们在这个市场上看到了越来越多的吸引力。”
小米是中国有影响力的OEM，最近推出了基于GaN的快速充电器。关于主要的OEM，三星已经将GaN设备纳入其附件快速充电器中，并且据我们了解，可以很快集成到其内置充电器中。关于苹果和华为的下一代快速充电器采用GaN的传闻也很多，但我们认为，随着官方的宣布，我们将在下个季度中有了一个更清晰的主意，但是我们可以说镓的吸引力很大。氮化物”，Ezgi Dogmus说。
硅仍然非常活跃，特别是在30 W以下。硅正朝着氮化镓方向发展。在30到100 W的功率范围内，我们仍然有硅解决方案，但是氮化镓的竞争非常激烈，提供了高效率和快速的充电时间。它能够支持良好的热管理和良好的设计。原始设备制造商还希望使用小型，快速的充电器。他们不希望手机带有大充电器，因为这不利于设备的美观。使用氮化镓，他们可以做到这一点，但是对于硅，问题在于它可能很大。” Ezgi Dogmus说。
许多中国公司还在充电器中使用氮化镓。快速充电是一个现实趋势，大型OEM将采用它，而GaN成本将继续下降。尤尔（Yole）估计三星和苹果也将大力采用该技术。三星已经通过电源集成为其45 W氮化镓充电器供电。 GAN肯定正在进入智能手机市场，该市场比任何其他消费市场都要大得多，因此，当价格下降时，GAN将对其的采用大有帮助。
“据我们所知，GAN制造商之一是Power Integrations。 Power Integrations公开宣布他们将为三星即将推出的充电器提供IC解决方案。” Ezgi Dogmus说。
“所有OEM厂商都在寻求市场认可并进一步降低这些GaN产品的成本。在这种情况下，2020年和2021年将是GaN基功率器件的关键年。 ” Ezgi Dogmus说。
集成对于最大程度地减少延迟和消除寄生电感至关重要，这些寄生电感限制了Si和早期分立GaN电路的开关速度。传播延迟低至5 ns，稳健dV / dt高达200 V / ns，传统的65-100 kHz转换器设计可加速至MHz甚至更高。这些集成电路以MHz量级的频率扩展了传统拓扑的功能，例如反激式，半桥式，谐振式和其他拓扑，从而实现了革命性项目的商业化应用。
汽车行业
电动汽车（EV）车外充电是最有趣和增长最快的应用之一，其中包括快速充电器和充电站的市场。 SiC确实可以为该应用增加价值。
SiC和GaN最有利可图的两个应用是电动汽车和混合电动汽车（EV和HEV）。它们在更高的电压和温度下工作，更坚固耐用，使用寿命更长，并且开关速度比传统半导体器件快得多。 SiC已在多种应用中采用，特别是在电动汽车中，以解决在开发高效率和高功率设备方面的能源和成本挑战。
在Tesla逆变器中发现了对SiC的强大吸引力，因此，在电动汽车中的所有高压解决方案中，SiC都具有强大的吸引力。在这个市场上，我们可以看到在车载充电器应用中碳化硅和氮化镓之间存在竞争，因此不公平地说哪个是最佳选择，因为选择取决于OEM在成本和性能方面所采用的策略。
“几乎所有原始设备制造商都在关注碳化硅以及氮化镓。没有人真正排除任何一个。这是成本和资格的问题，因此可以说碳化硅要先进一些，因为它已经通过了汽车领域的认证，并已开始在以下领域用于主逆变器和车载充电器应用中：特斯拉和比亚迪等原始设备制造商提供了几种型号。” Ezgi Dogmus说。
GaN也符合汽车行业的条件，诸如EPC或Transform之类的公司已经拥有适用于汽车行业的合格产品，适用于EHEV应用的低压和高压产品。像Nexperia这样的其他公司也正在通过新的解决方案投资市场。
“我认为在来年我们将看到越来越多的氮化镓合格品，并且在成本和性能方面它可以与碳化硅竞争。” Ezgi Dogmus说。
最大的挑战是由于较高的制造工艺成本和缺乏量产而广泛采用SiC / GaN器件。大规模生产带来了挑战，需要强大而经过深思熟虑的制造流程。这包括晶圆测试，该测试需要测试在较高电流和电压范围内工作的较小设备。
