什么是氮化镓（GaN）？
氮化镓，由镓（原子序数 31）和氮（原子序数 7）结合而来的化合物。它是拥有稳定六边形晶体结构的宽禁带半导体材料。禁带，是指电子从原子核轨道上脱离所需要的能量，氮化镓的禁带宽度为 3.4eV，是硅的 3 倍多，所以说氮化镓拥有宽禁带特性（WBG）。
禁带宽度决定了一种材料所能承受的电场。氮化镓比传统硅材料更大的禁带宽度，使它具有非常细窄的耗尽区，从而可以开发出载流子浓度非常高的器件结构。由于氮化镓具有更小的晶体管、更短的电流路径、超低的电阻和电容等优势，氮化镓充电器的充电器件运行速度，比传统硅器件要快 100倍。
由于具有更高的击穿强度、更快的开关，更高的热导率和更低的导通电阻，氮化镓基功率器件明显比硅基器件更优越。 氮化镓晶体可以在各种衬底上生长，包括蓝宝石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。 在硅上生长GaN外延层可以使用现有的硅制造基础设施，从而无需使用高成本的特定生产设施，而且以低成本采用大直径的硅晶片。
更重要的是，氮化镓相比传统的硅，可以在更小的器件空间内处理更大的电场，同时提供更快的开关速度。此外，氮化镓比硅基半导体器件，可以在更高的温度下工作。
氮化镓用于制造半导体功率器件，也可以用于制造射频元件和发光二极管（LED）。 氮化镓技术展示出它可以在功率转换、射频及模拟应用中，替代硅基半导体技术。
为什么氮化镓(GaN)很重要？
氮化镓(GaN)的重要性日益凸显。因为它与传统的硅技术相比，不仅性能优异，应用范围广泛，而且还能有效减少能量损耗和空间的占用。在一些研发和应用中，传统硅器件在能量转换方面，已经达到了它的物理极限。而上限更高的氮化镓，可以将充电效率、开关速度、产品尺寸和耐热性的优势有机统一，自然更受青睐。
随着全球能量需求的不断增加，采用氮化镓技术除了能满足能量需求，还可以有效减少碳排放。事实上，氮化镓的设计和集成度，已经被证明可以成为充当下一代功率半导体，其碳足迹比传统的硅基器件要小10倍。据估计，如果全球采用硅芯片器件的数据中心，都升级为使用氮化镓功率芯片器件，那全球的数据中心将减少30-40% 的能源浪费，相当于节省了 100 兆瓦时太阳能和减少1.25 亿吨二氧化碳排放量。
氮化镓的吸引力不仅仅在于性能和系统层面的能源利用率的提高。当我们发现，制造一颗氮化镓功率芯片，可以在生产制造环节减少80% 化学物及能源损耗，此外还能再节省超过 50% 的包装材料，那氮化镓的环保优势，将远远大于传统慢速硅材料。
把电子性能提升至另一个更高的水平及使得摩尔定律复活的领先侯选原材料，就是氮化镓材料。目前已经被证实，与硅基器件相比，氮化镓器件传导电子的效率可以高出1000倍，而同时比硅基器件的制造成本较低。硅基器件的技术发展已经到了极限，而一种新兴并具备较高性能的半导体材料正在冒起 - 氮化镓材料。
氮化镓的应用领域有哪些？
长期以来，氮化镓一直被用于 LED 和射频元件的生产，但现在，不断发展增长的电源开关和转换应用市场中，氮化镓越来越成为主流选择。而基于氮化镓的功率芯片，还可以满足高性能、空间占用小、耐高温的要求。
在手机和笔记本电脑中，你可以用基于氮化镓的射频器件，收发移动网络和 WiFi 信号。而为这些设备充电的充电器，也越来越多地采用氮化镓功率芯片。目前，功率氮化镓最大的市场，是移动设备的快充市场。氮化镓功率芯片可以让使充电器的充电速度，比传统硅充电器快高三倍，但尺寸和重量，只有后者的一半。更重要的是，采用氮化镓的单口充电器产品，价格只有最好的旧款硅充电器的一半；而多口输出的氮化镓充电器，价格更是比旧款硅充电器低三倍多。
氮化镓功率芯片也能部署在数据中心服务器之中。随着数据中心流量的增加，硅传输能量的能力到达了“物理性质”的限制。最终，传统的硅芯片，在功率芯片领域会被高速的氮化镓功率芯片取而代之。
数据中心硬件的整合、新的 HVDC 高压直流架构方法，以及大规模量产、高度集成的氮化镓功率芯片，使充电效率得到了重大改善。据估计，如果全球采用硅器件的数据中心，都升级为氮化镓器件，那全球的数据中心将减少30-40% 的能源浪费，相当于相当于节省了 100 兆瓦时太阳能和1.25 亿吨二氧化碳排放量。因此，使用氮化镓，代表着数据中心行业向“净零排放”（Net-Zero）的目标，又迈出坚实的一步。
在汽车行业，氮化镓正成为新能源汽车领域中，电源转换和电池充电的首选技术。基于氮化镓的功率产品，也越来越多地出现在太阳能发电装置采用的逆变器中，以及电机驱动和其他工业电源转换的方案中。
氮化镓的未来发展方向是什么?
尽管 GaN 等宽带隙器件的定制封装仍处于起步阶段，但它是一个将在未来十年内得到大力发展的主题。有创新的解决方案可以转移器件端子，例如焊盘下电路 (CUP) 结构和穿 GaN 沟槽开始进入市场。
目前正在进行关于更好的热界面材料和芯片连接方法的学术研究。从传统的焊接转向使用银的烧结方法正在获得动力。
像所有功率半导体一样，没有一种万能的方法，我认为我们将看到更多的多样性和量身定制的解决方案向前发展，这将是令人着迷的！
本文综合整理自网络，侵删！