GAN功率半导体是否能成为新一代功率半导体的主角
GaN方案
GaN方案概述GaN（氮化镓）是一种新型的半导体材料，在功率电子领域有广泛的应用。
其具有高电子迁移率、高电场饱和漂移速度等优异特性，使其在高速开关、高功率密度和高频率应用中具有巨大的潜力。
本文将介绍GaN方案的优势、应用领域以及相关的发展趋势。
优势GaN材料相比传统的硅（Si）和氮化硅（SiC）材料，在功率电子应用中具有诸多优势。
1.高电子迁移率（High Electron Mobility）：GaN材料的电子迁移率约为2000 cm²/Vs，远高于硅和SiC材料，有助于提高开关速度和功率密度。
2.高饱和漂移速度（High Electron Saturation Velocity）：GaN材料的电子饱和漂移速度约为2.5×10^7 cm/s，远高于硅和SiC材料，有助于高频率应用。
3.宽禁带宽度（Wide Bandgap）：GaN材料的禁带宽度约为3.4电子伏特（eV），远大于硅和SiC材料的1.1 eV和3.0 eV，有助于减小开关功耗和增加工作温度。
4.高热导率（High Thermal Conductivity）：GaN材料的热导率约为130 W/mK，远高于硅和SiC材料，有助于提高功率密度和散热性能。
5.耐辐射性强（Radiation Hardness）：GaN材料对辐射的抗性强，适用于高辐射环境下的应用。
应用领域GaN方案在不同领域有着广泛的应用。
电源适配器和转换器GaN材料在电源适配器和转换器中的应用越来越广泛。
由于GaN材料具有高电子迁移率和高饱和漂移速度的特性，GaN功率器件能够实现高效率和高功率密度，可以减小适配器和转换器的体积和重量，提高能源利用率。
电动汽车充电器GaN方案在电动汽车充电器中有着巨大的潜力。
由于GaN材料具有高电子迁移率和高热导率的特性，GaN功率器件能够实现高功率密度和快速充电，可以极大地缩短汽车充电时间，并且减小充电器体积和重量。
高速通信设备GaN方案在5G通信设备和光通信设备中的应用逐渐增多。
GaN
GaN功率器件调研摘要：论文从研究背景、进展和行业动态三方面论述了发展GaN功率器件的可行性和意义。
关键词：GaN；功率器件一、研究背景目前绝大多数电力电子器件都是基于硅（Si）材料制作的，随着硅工艺的长足发展与进步，其器件性能在很多方面都逼近了极限值。
因此，电力电子器件想要寻求更大的具有突破性的提高，需要更多关注新型半导体材料。
与其它半导体器件相比，电力电子器件需要承受高电压、大电流和高温，这就要求其制造材料具有较宽的禁带、较高的临界雪崩击穿场强和较高的热导率。
新型氮化镓（GaN）基宽禁带半导体材料无疑成为制作高性能电力电子器件的优选材料之一。
几种主流半导体材料特性参数如表1所示。
表1 主流半导体材料特性参数（1）从表1中可以看出相比GaAs、Si等材料，GaN材料具有较大的禁带宽度。
因此，GaN基材料在高温和高辐射的情况下本征激发载流子较少，这就使得用GaN材料制作的半导体器件的工作温度可以高于GaAS、Si等半导体材料的工作温度，这对于制作高温、大功率半导体器件有很大的优势。
（2）GaN材料具有很大的饱和电子迁移速度，GaN材料的饱和电子漂移速度峰值能够达到3×107cm/s，这个数值要远大于GaAs、Si、4H-SiC等半导体材料。
大饱和电子漂移速度保证了GaN器件具有非常好的载流子输运性质，这在制作高频微波电子器件方面，能够有非常广阔的应用前景。
（3）GaN材料具有高的击穿电压。
Si和GaAs的临界击穿电场只有0.3MV/cm 和0.4MV/cm，而GaN材料的临界击穿电压能够达到4MV/cm，这一性质使得GaN材料很适合做高压电子器件，能够非常优秀地足电力工业对高压二极管的广泛需求。
（4）GaN具有很低的介电常数。
介电常数是器件电容荷载的量度，从表可以看出GaN的介电常数比Si、GaAs和4H-SiC都要小。
介电常数低，单位面积的器件寄生电容小，因此对于同样的器件阻抗，介电常数小的材料可以使用的器件面积就大，这样就可以开发较高的RF功率水平。
氮化镓 电源 方案
氮化镓电源方案简介氮化镓 (GaN) 是一种新兴的半导体材料，具有优异的电特性，如高电子迁移率、高工作温度和高耐压能力。
在电力电子应用中，氮化镓电源方案已逐渐替代传统的硅基电源方案，成为新一代高效率和高密度的电源解决方案。
本文将介绍氮化镓电源方案的基本原理、优势以及应用领域。
基本原理氮化镓电源方案利用氮化镓材料的特性，将其应用于电力电子器件的研发和生产中。
其中，最常用的氮化镓电源器件为氮化镓场效应管(GaN FET)。
与传统的硅基电源器件相比，GaN FET 在高频率和高功率转换应用中具有更低的开关损耗、更高的开关速度和更高的效率。
GaN FET 可以实现更高的开关速度和更低的导通电阻，从而减小开关损耗。
同时，氮化镓材料的高电子迁移率也使得 GaN FET 能够在高温环境下工作，具有更高的可靠性和稳定性。
优势与传统的硅基电源方案相比，氮化镓电源方案具有以下几个显著的优势：1.高效率：氮化镓材料具有更低的开关损耗和更高的开关速度，可以实现更高的能量转换效率。
2.高密度：由于氮化镓材料的特性，氮化镓电源方案可以实现更小尺寸和更高功率密度的电源设计。
3.高可靠性：氮化镓材料具有优异的热稳定性和耐压能力，可以在高温和高压的环境下工作，提高电源的稳定性和可靠性。
4.大功率传输：氮化镓电源方案可以实现高效率的功率传输，适用于各种类型的电力电子应用，如电动汽车、太阳能和风能系统等。
应用领域氮化镓电源方案已广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：1.电动汽车：氮化镓电源方案可以实现电动汽车的高效率充电和高功率驱动，提高电动汽车的续航里程和加速性能。
2.太阳能发电：氮化镓电源方案可以提高太阳能电池板和逆变器的转换效率，实现更高质量的太阳能发电。
3.风能系统：氮化镓电源方案可以实现风能系统的高效率能量转换和稳定输出。
4.数据中心：氮化镓电源方案可以提供高效率和高密度的电源供应，满足大规模数据中心的能量需求。
总结氮化镓电源方案是一种新兴的电源解决方案，利用氮化镓材料的特性实现高效率、高可靠性和高密度的能量转换。
第三代半导体氮化镓GaN行业剖析-5G、快充、UVC助力潮起
第三代半导体氮化镓GaN行业剖析5G、快充、UVC助力潮起一、第三代半导体 GaN：射频、电源、光电子广泛运用第一代半导体材料主要是指硅（Si）、锗（Ge）元素半导体。
第二代半导体材料是指化合物半导体材料，如砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）、磷化铟（InP），以及三元化合物半导体材料，如铝砷化镓（GaAsAl）、磷砷化镓（GaAsP）等。
还有一些固溶体半导体材料，如锗硅（Ge-Si）、砷化镓-磷化镓（GaAs-GaP）等；玻璃半导体（又称非晶态半导体）材料，如非晶硅、玻璃态氧化物半导体等；有机半导体材料，如酞菁、酞菁铜、聚丙烯腈等。
第三代半导体材料主要是以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）为代表的宽禁带（禁带宽度 Eg>2.3eV）的半导体材料。
与第一代和第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更大的电子饱和速度以及更高的抗辐射能力，更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。
1.2 GaN 优势明显，5G 时代拥有丰富的应用场景氮化镓（GaN）是极其稳定的化合物，又是坚硬和高熔点材料，熔点为1700℃。
GaN 具有出色的击穿能力、更高的电子密度和电子速度以及更高的工作温度。
GaN 的能隙很宽，为 3.4eV，且具有低导通损耗、高电流密度等优势。
氮化镓通常用于微波射频、电力电子和光电子三大领域。
具体而言，微波射频方向包含了5G 通信、雷达预警、卫星通讯等应用；电力电子方向包括了智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费电子等应用；光电子方向包括了 LED、激光器、光电探测器等应用。
二、射频应用分析2.1 GaN 在高温、高频、大功率射频应用中独具优势自 20 年前出现首批商业产品以来，GaN 已成为射频功率应用中 LDMOS 和 GaAs 的重要竞争对手，其性能和可靠性不断提高且成本不断降低。
目前在射频 GaN 市场上占主导地位的 GaN-on-SiC 突破了 4G LTE 无线基础设施市场，并有望在 5G 的 Sub-6GHz 实施方案的 RRH（Remote Radio Head）中进行部署。
氮化镓作为一个高频词汇,进入了人们的视野
氮化镓作为一个高频词汇，进入了人们的视野半导体行业在摩尔定律的“魔咒”下已经狂奔了50多年，一路上挟风带雨，好不风光。
不过随着半导体工艺的特征尺寸日益逼近理论极限，摩尔定律对半导体行业的加速度已经明显放缓。
未来半导体技术的提升，除了进一步榨取摩尔定律在制造工艺上最后一点“剩余价值”外，寻找硅（Si）以外新一代的半导体材料，也就成了一个重要方向。
在这个过程中，氮化镓（GaN）近年来作为一个高频词汇，进入了人们的视野。
GaN和SiC同属于第三代高大禁带宽度的半导体材料，和第一代的Si以及第二代的GaAs 等前辈相比，其在特性上优势突出。
由于禁带宽度大、导热率高，GaN器件可在200℃以上的高温下工作，能够承载更高的能量密度，可靠性更高；较大禁带宽度和绝缘破坏电场，使得器件导通电阻减少，有利与提升器件整体的能效；电子饱和速度快，以及较高的载流子迁移率，可让器件高速地工作。
因此，利用GaN人们可以获得具有更大带宽、更高放大器增益、更高能效、尺寸更小的半导体器件，这与半导体行业一贯的“调性”是吻合的。
与GaN相比，实际上同为第三代半导体材料的SiC的应用研究起步更早，而之所以GaN 近年来更为抢眼，主要的原因有两点。
首先，GaN在降低成本方面显示出了更强的潜力。
目前主流的GaN技术厂商都在研发以Si为衬底的GaN的器件，以替代昂贵的SiC衬底。
有分析预测到2019年GaN MOSFET 的成本将与传统的Si器件相当，届时很可能出现一个市场拐点。
并且该技术对于供应商来说是一个有吸引力的市场机会，它可以向它们的客户提供目前半导体工艺材料可能无法企及的性能。
其次，由于GaN器件是个平面器件，与现有的Si半导体工艺兼容性强，这使其更容易与其他半导体器件集成。
比如有厂商已经实现了驱动IC和GaN开关管的集成，进一步降低用户的使用门槛。
电源技术的新发展与前景
电源技术的新发展与前景随着时代的发展，科技的进步，电力技术也不断的提升着。
电源技术是现代电力系统的核心，是各种电子设备稳定运行的基础和保障。
现如今，随着科技的飞速发展，电源技术也得到了高速发展。
本文将讨论电源技术的新发展及前景。
一、功率半导体器件技术的革新功率半导体器件技术一直是电源技术领域的重要组成部分，然而它的稳定性和效率过低一直是电源技术的瓶颈。
但是随着研究和技术的不断创新，功率半导体器件的稳定性和效率已经得到了极大的提高。
新型的功率半导体器件，如SiC、GaN器件，因具有高耐温、高工作频率、低开关损耗、体积小等优越性能而成为众多行业的关注点。
这些新型器件在电力电子驱动市场中已经得到了很广泛的应用，且随着技术的推广，将有望逐渐替代传统的功率半导体器件，成为电源技术的新宠。
二、无线充电技术的发展现如今无线充电技术已经成为了市场中的热门产品。
这种技术的好处是可以消除电线缆和插头，避免了行业的安全隐患，同时也方便了使用者。
无线充电技术是通过空中传输电能，对电源技术的传输效率和节能都起到了积极的推动作用。
现在无线充电技术已经应用于手机、智能家居、车载充电等市场。
由于现在的无线充电技术还存在充电效率较低等问题，但是新一代的无线充电技术正在广泛的研究和开发，在不久的将来，无线充电技术的效率将得到极大的提升，并且将逐步普及开来。
三、智能化技术的应用智能化技术是21世纪电源技术的又一大亮点。
智能化技术可以通过人工智能、物联网等高新技术去优化整个系统体系，使系统变得更加高效和智能。
在电源技术中，智能化技术可以通过预测系统电压和负载的变化，来提前采取下一步的操作，从而达到优化系统、避免设备损坏的效果。
此外，利用智能化技术可以优化电池的充电和循环使用，从而延长电池的寿命。
智能化技术将大大提高整个电源工业的效率和安全性。
四、太阳能技术的发展随着全球能源环境深刻变革，太阳能技术成为了未来的热点技术。
根据估计，到2025年，太阳能电池板的全球产量将比现在的产量高出20多倍。
浅谈功率半导体器件
浅谈功率半导体器件功率半导体器件是现代电力系统和电子设备中必不可少的关键部件。
它们具有很高的开关速度、低开关损耗和高压电容，并且能够承受高功率和高电压。
功率半导体器件的发展对提高能源利用率、降低能源消耗、提高电子设备的性能等方面起到了重要作用。
本文将从功率半导体器件的定义、分类、主要特点、应用领域以及未来发展趋势等方面进行浅谈。
一、功率半导体器件的定义与分类功率半导体器件是指能够承受较大功率和电压的半导体器件，其主要用于电能的转换和控制。
根据其工作原理和结构特点，功率半导体器件可以分为二极管、晶体管、场效应管、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）等不同类型。
二、功率半导体器件的主要特点1.快速开关速度：功率半导体器件具有很高的开关速度，能够迅速切换电流，有效减小了能源的损耗，提高了设备的性能。
2.低开关损耗：功率半导体器件具有较低的开关损耗，能够减少能量的损耗，提高电能的利用效率。
3.高压电容：功率半导体器件能够承受较高的电压，满足电力系统和电子设备对高电压的需求。
4.高耐压能力：功率半导体器件能够承受较大的功率，具有较高的耐压能力，保证了设备的稳定工作。
5.耐温性能好：功率半导体器件能够在高温环境下工作，适应各种恶劣的工作环境。
三、功率半导体器件的应用领域1.电力系统：功率半导体器件在电力系统中被广泛应用，如电力电子变换器、交流传动系统和直流输电等。
2.工业控制：功率半导体器件在工业控制领域中被广泛应用，如驱动系统、温度控制系统和电动机控制等。
3.照明领域：功率半导体器件可以用于高亮度的LED照明，替代传统的白炽灯、荧光灯等传统照明设备。
4.电动车辆：功率半导体器件在电动车辆中起到了关键作用，如电机驱动、电池管理、充电系统等。
四、功率半导体器件的未来发展趋势1.集成化：功率半导体器件将趋向于集成化，尽可能将多个功能集成到一个芯片中，以提高器件的性能和可靠性。
SiC和GaN是“下一代”还是“当代”？
SiC和GaN是“下一代”还是“当代”？SiC 企业不断增多，成本不断下降一文中，作者根津在开篇写道：下一代功率半导体已经不再特别。
这是因为，随着使用SiC 和GaN 等下一代功率半导体的大量发布，在学会和展会的舞台上，这种功率半导体逐渐带上了当代的色彩。
那么，在使用功率半导体的制造现场，情况又是如何呢?虽然使用SiC和GaN 的产品目前尚处开始增加的阶段，仍属于下一代，但在功率半导体使用者的心目中，此类产品已逐渐由下一代向当代转变。
不久前，笔者与一位很久未见的、多年来从事电源技术研发的朋友碰面，对方上来便说：耐压600V 的GaN 器件已经问世啦!因为这次碰面是为了其他事情，这句话实在出乎笔者预料。
这位技术人员表示，自从松下于2013 年3月开始、夏普于同年4 月开始供应样品之后，电源技术人员的开发热情高涨了起来。
虽然在这以前也有部分企业推出了实用产品，但随着供应商的增加，使用GaN 器件开发电源已成了手头的工作之一。
这位电源技术者说，自己将使用GaN 器件，开发开关频率提高近一位数的电源电路。
功率半导体的研讨会也盛况空前。
《日经电子》6 月28 日举办的下一代功率半导体的影响力研讨会座无虚席，在测量器厂商泰克(Tektronix)与安捷伦科技(Agilent Technologies)各自举办的活动(泰克为7 月2 日举办，安捷伦科技为7 月9～10 日举办)上，有关功率半导体评估方法的会议也迎来了大批听众。
在泰克的活动中，笔者参加了与电流和电压测量相关的会议，会议详细介绍了kV 级大电压的测量方式和要点，给笔者留下了深刻的印象。
在安捷伦科技的活动中，笔者参加了与下一代功率半导体的评估方法相关的会议，通过询问与会者的职务，笔者发现，约4 成与会者的工作都是功率半导体的使用者，。
氮化镓和碳化硅争夺绿色技术主导地位
能否将温室气体排放减少到足以减缓气候变化的程度？答案是肯定的。
事实上，这样的改变正在有条不紊地进行着。
从2001年左右开始，化合物半导体氮化镓（GaN ）掀起一场照明技术革命。
从某些方面看，这是人类历史上最快的技术变革。
根据国际能源署（IEA ）的一项研究，短短20年间，基于氮化镓的发光二极管（LED ）在全球照明市场中的份额已从零增长至超过50%。
情报咨询公司莫多情报最近预测，LED 照明会在未来7年内，将全球照明用电量减少30%~40%。
根据联合国环境规划署（UNEP ）的数据，照明约占全球用电量的20%和二氧化碳排放量的6%。
这场革命才刚开始，未来很快就会跃升至更高的层次。
氮化镓不仅仅是一项改变照明行业的半导体技术，也是电力电子领域的颠覆性力量——该领域的变革也正蓄势待发！氮化镓和碳化硅（SiC ），这两种半导体已经开始取代硅基电子产品。
氮化镓和碳化硅器件比它们正在替代的传统硅器件性能更好、效率更高。
全世界在用的半导体设备总量可谓天文数字，其中相当一部分每天都要运行数小时。
因此，升级版器件能省下的能源将无比巨大。
相较于氮化镓LED 取代白炽灯等传统照明所带来的节能量，氮化镓和碳化硅电子产品的兴起最终将对地球气候产生更大规模、更积极的影响。
在几乎所有必须将交流电转换为直流电或直流转换为交流电的地方——例如手机和笔记本电脑的插座充电器，或为电动汽车提供动力的更大号充电器和逆变器——新一代半导体都会减少电力浪费。
此外，新兴半导体在无线基站的功率放大器方面也具备应用优势。
人类正努力应对气候变化，而氮化镓和碳化硅半导体即将助我们消除功耗浪费。
这是技术史上常见模式的新范例：两项相互竞争的创新同时取得成果。
那么后续的发展可能是怎样的呢？SiC 和GaN 将分别在哪些应用领域占据主导地位？仔细审视这两种半导体的相对优势可以为我们提供一些可靠的线索。
为什么电力转换在气候计算中很重要在了解关于半导体的专业知识之前，我们先要探讨为什么需要它们。
功率半导体器件发展历程
功率半导体器件发展历程功率半导体器件是一种能够在高电压和高电流条件下工作的半导体器件。
它们在电力电子领域中起着至关重要的作用，用于控制和转换电能，广泛应用于电力系统、工业控制、交通运输和可再生能源等领域。
功率半导体器件的发展历程可以追溯到上个世纪，经历了多个阶段的技术突破和创新。
最早的功率半导体器件之一是晶闸管，它于1957年由美国贝尔实验室的研究人员发明。
晶闸管是一种双向导通的器件，可以控制大电流，用于交流电路的控制和开关。
然而，晶闸管存在一些局限性，如开关速度慢、损耗大等问题，限制了其在高频高效率应用中的发展。
随着功率半导体器件技术的不断进步，20世纪60年代出现了晶闸管的改进型——双向可控硅（SCR），它具有更好的性能和可靠性，被广泛应用于交流电路的控制和调节。
在此基础上，又发展出了双向可控晶闸管（TRIAC），用于交流电路的双向控制。
20世纪70年代，随着功率半导体器件技术的进一步发展，出现了场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等新型功率器件。
MOSFET具有高速开关、低损耗和高频特性，适用于直流和低频交流电路。
而IGBT结合了场效应晶体管和双极型晶体管的优点，具有高压高频特性，成为目前最常用的功率开关器件，被广泛应用于电力变频调速、电动汽车、风力发电等领域。
近年来，随着功率半导体器件技术的不断创新和进步，出现了SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）等新材料的应用，使功率半导体器件在高温、高频、高压等极端环境下表现出更优异的性能，为电力电子领域的发展带来了新的机遇和挑战。
总的来说，功率半导体器件经过多年的发展历程，从晶闸管到IGBT，再到SiC和GaN等新型器件，不断推动着电力电子技术的进步和应用领域的拓展。
随着新材料和新技术的不断涌现，功率半导体器件必将在未来发展出更加高效、可靠和智能的产品，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
电子深度报告：功率半导体量价齐升，国产替代正当时
报告摘要：●下游需求旺盛，带动功率半导体市场空间持续增长功率半导体应用领域广泛，下游需求旺盛带动功率半导体市场规模持续增长。
1）新能源车渗透率提升带动功率半导体需求增长，预计2025年中国新能源汽车用功率半导体市场规模将达104亿元。
配套充电桩数量增长叠加快速充电需求驱动充电桩功率提升，预计2025年充电桩用功率半导体市场空间将达35亿元。
2）新能源发电市场规模持续扩张，预计2025年光伏逆变器用功率半导体市场空间约为44亿元。
3）5G时代，基站数量扩充且功率提升，叠加云计算、雾计算扩容，加大功率半导体使用需求。
4）家电变频化&消费电子快充化，驱动功率半导体用量进一步增加。
据Omdia预测，全球功率半导体市场规模将从2020年的430亿美元增至2024年的525亿美元，复合增速约为5%。
●晶圆代工产能紧张，功率半导体价格有望上涨疫情“宅经济”推动电脑、平板类产品需求增长，三季度起汽车、家电市场景气度持续回暖，5G、物联网等产业持续推进，加上芯片厂商因供应链安全需要提高安全库存，晶圆代工产能需求大增，代工厂产能利用率始终处在高位，此外8英寸新产能投产还需时日，预计短期内8英寸产能紧张仍将持续。
近期部分代工厂已宣布提高8英寸晶圆代工价格，联电通过法说会证实了目前部分晶圆代工厂8英寸晶圆涨价的信息，并考虑调高2021年第一季度价格。
世界先进目前也正在与客户商谈8英寸晶圆代工价格上涨事宜。
预计8英寸晶圆代工的涨价情况将向下游传导，以8英寸晶圆为主要应用平台的功率半导体价格有望上涨。
●性能优势&成本下降，第三代半导体材料将加速渗透与硅基材料相比，GaN、SiC等第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率等性能优势，更适于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。
随着“冷切技术”等生产工艺的进步，将带动成本进一步下降。
Yole预计2023年SiC/GaN在功率半导体器件中的使用占比将达到3.75%/1%，且呈加速渗透趋势，并预计2022年全球SiC/GaN功率半导体市场空间将超过10/4.6亿美元，CAGR接近40%/79%。
gan芯片
gan芯片GaN芯片，即氮化镓芯片，是目前最先进的半导体材料之一，具有优异的电子特性和广泛的应用前景。
它是一种宽禁带半导体材料，具有高电子迁移率、高热传导性能和高电场饱和速度，适用于高功率、高频率的电子设备。
与传统的硅材料相比，GaN芯片具有以下几个优势：1.高功率特性：GaN芯片能够承受更高的功率密度，因此在功率放大器、能量转换器和无线电频率等领域具有广泛应用，如雷达系统、通信设备和电力传输。
2.高频率特性：GaN芯片的高电子迁移率和高电场饱和速度使其能够在高频率下工作，因此在无线通信、雷达和卫星通信等领域具有重要地位。
相比之下，传统的硅材料在高频率下会有一些限制。
3.高温工作能力：GaN芯片具有优异的热传导性能，能够在高温环境下工作，不易受到温度的影响。
这使得它在高温设备和军事应用中具有潜力，如航空航天、火箭发动机和核能。
4.小尺寸和轻质：GaN芯片的材料特性使其能够实现小尺寸和轻质化，这对于电子技术的发展非常重要。
它可以在微型电子设备、手机和便携式电子产品中发挥作用。
5.节能环保：由于高能效和高功率密度，GaN芯片能够在同样功率输出下减少功耗和体积。
这有助于节能和减少电子废料的产生，对于可持续发展和环境保护起到积极作用。
尽管GaN芯片具有许多优势，但也面临一些挑战。
首先，制造成本较高，制造工艺相对复杂，导致价格较高。
其次，GaN 芯片还处于发展初期，与传统的硅材料相比，市场规模相对较小。
此外，GaN芯片的长期可靠性和稳定性还需要进一步研究和验证。
总结起来，GaN芯片具有高功率、高频率、高温工作能力、小尺寸轻质以及节能环保等优势。
它是电子技术领域的重要创新之一，有望应用于广泛的领域，如通信设备、雷达系统、无线电频率和能量转换器等。
随着技术的进一步发展和成熟，GaN芯片有望成为下一代半导体材料的主要选择，并推动电子设备的发展与进步。
宽禁带半导体器件研究现状与展望
宽禁带半导体器件研究现状与展望一、概述随着科技的飞速发展和社会的不断进步，半导体器件作为现代电子技术的核心，其性能的提升和成本的降低对于推动科技进步和产业升级具有重要意义。
宽禁带半导体器件作为一种新型的半导体器件，因其具有禁带宽度大、击穿电场高、热稳定性好、抗辐射能力强等独特优势，在功率电子、高频电子、光电子、量子电子等领域具有广阔的应用前景。
近年来，随着材料科学、微电子工艺和半导体物理等学科的深入发展，宽禁带半导体器件的研究取得了显著的进展，成为半导体领域的研究热点之一。
本文旨在全面综述宽禁带半导体器件的研究现状，分析其主要技术特点、应用领域和发展趋势。
我们将简要介绍宽禁带半导体材料的基本性质和特点，为后续的研究奠定理论基础。
我们将重点介绍宽禁带半导体器件的制备方法、性能优化及其在各领域的应用情况，包括功率电子器件、高频电子器件、光电子器件等。
我们将展望宽禁带半导体器件未来的发展趋势和挑战，以期为相关领域的研究者和从业者提供有益的参考和启示。
1. 宽禁带半导体器件的定义与重要性宽禁带半导体器件，作为一种新型的半导体器件，是指其禁带宽度大于传统半导体材料的半导体器件。
这类材料通常具有更大的禁带宽度，一般大于7电子伏特(eV)，因此被称为宽禁带半导体。
与传统的硅材料相比，宽禁带半导体具有更高的电子能带宽度，从而具备更好的电子传输性能和热稳定性。
常见的宽禁带半导体材料包括碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等。
宽禁带半导体器件的出现，对电子行业的发展和应用带来了革命性的影响。
其重要性主要体现在以下几个方面：宽禁带半导体器件在能源领域具有广泛的应用。
例如，碳化硅太阳能电池具有高转换效率、较长的使用寿命和高温稳定性的特点，被认为是下一代高效太阳能电池技术的发展方向。
宽禁带半导体材料还可以应用于电动汽车的功率电子模块，提高电池的充放电效率，延长电池寿命。
宽禁带半导体器件在通信和无线电频率领域也具有重要的应用价值。
2023年氮化镓(GaN)行业市场环境分析
2023年氮化镓（GaN）行业市场环境分析氮化镓（GaN）是一种新型的半导体材料，具有宽带隙、高饱和漂移电流和高热导性能等特点，可以应用于高功率电子器件、蓝色及白色LED、高功率微波器件等领域。
近年来，随着新能源、智能化、高速通信等领域的迅速发展，氮化镓市场需求不断增长。
本文分析了氮化镓行业的市场环境。
一、政策环境1.国家科技重大专项“半导体照明工程”提出，要实现化合物半导体照明产业化。
其中，氮化镓是高效能LED创新的核心和关键技术之一。
2.《国家集成电路产业发展推进计划》将半导体照明产业作为信息技术产业中的“十二五”重点发展方向，重点支持氮化镓等新型材料和器件的研发和应用。
3.《集成电路产业发展“十三五”规划》支持氮化镓、碳化硅、蓝宝石等新型材料和器件的研发和产业化。
4.《关于做好2018年新一代信息技术产业发展专项资金申报工作的通知》重点支持新一代光电器件领域的产业化，包括氮化镓芯片材料、高速通信芯片材料等。
上述政策的出台都为氮化镓市场的发展提供了政策环境和经济支持。
二、市场需求1.展示行业巨大市场潜力氮化镓，作为一种先进半导体材料，已得到广泛应用，并在许多领域显示出良好的性能和巨大潜力。
特别是在高能效LED、光伏、电动汽车等领域，氮化镓的应用正在逐年扩大。
2.政策扶植带来市场需求随着能源环保和温室气体减排意识增强，国家政策加大对新能源的投入，电动汽车，光伏发电等领域的发展也加快，促进了氮化镓市场的发展。
三、技术环境中国在氮化镓研究方面已取得了很多成果，在研究、开发和工业化应用方面有了很大进展。
比如复旦大学、南京大学在氮化镓研究方面有一定的积累，国内知名企业如晶方半导体等也在氮化镓领域进行了实际的生产和应用。
尽管目前氮化镓市场的规模相对较小，但高效能LED和电力电子这两个市场规模巨大，氮化镓在这两个市场的应用前景非常广泛。
因此，预计未来氮化镓市场的需求将不断增长。
半导体材料Si、SiC和GaN 优势及瓶颈分析
溺于刷“帅哥美女”。
今天我们再来聊聊这三兄弟~1.厚积薄发，应运而生作为半导体材料“霸主“的Si，其性能似乎已经发展到了一个极限，而此时以SiC和GaN为主的宽禁带半导体经过一段时间的积累也正在变得很普及。
所以，出现了以Si基器件为主导，SiC和GaN为”游击”形式存在的局面。
在Si之前，锗Ge是较早用于制造半导体器件的材料，随后Si以其取材广泛、易形成SiO2绝缘层、禁带宽度比Ge大的优势取代了Ge，成为主要的半导体材料。
随着电力电子技术的飞速发展，Si基半导体器件也在飞速发展，电流、电压等级越高，芯片越薄越小、导通压降越小、开关频率越高、损耗越小等等。
任何事物的发展，除了外在力的作用，自身特性也会限制发展，Si基半导体器件似乎已经到了”寸步难行”的地步。
而此时，以碳化硅SiC和氮化镓GaN 为主的新型半导体材料，也就是我们常说的第三代宽禁带半导体(WBG)”破土而出”，以其优越的性能突破的Si的瓶颈，同时也给半导体器件应用带来了显著的提升。
相对于Si，SiC和GaN有着以下几点优势：❶禁带宽度是Si的3倍左右，击穿场强约为Si的10倍；❷更高的耐压能力以及更低的导通压降；❸更快的开关速度和更低的开关损耗；❹更高的开关频率；❺更高的允许工作温度；❻SiC具有更高的热导率；根据上面的优势，第三代宽禁带半导体器件，能够达到更高的开关频率，提高系统效率，同时增大功率密度等，但是目前推动的最大推动力还得看成本！2. SiC&GaN目前，SiC和GaN半导体器件早已进入商业化，常见的SiC半导体器件是SiCDiode、JFET、MOSFET，GaN则以HEMT(高电子迁移率晶体管)为主。
2.1 SiC半导体器件不同类型的碳化硅器件结构和工艺难度都不一样，一般都是依据其工艺难度依次推出的。
可知，SiCDiode便是较早实现商业化碳化硅半导体器件，同时也是历经内部结构和外部封装优化最多的器件，自身耐压能力、抗浪涌能力和可靠性都得到了大大提高，是目前成熟的SiC半导体器件。
简述半导体材料及器件在航天领域的应用
简述半导体材料及器件在航天领域的应用半导体材料及器件在航天领域的应用非常广泛，可以说是航天技术不可或缺的一部分。
以下是简述：
1. 半导体材料在航天领域的应用
(1) 硅(Si)材料：在半导体行业中，硅是最广泛应用的基础材料之一。
在航天领域，硅材料被用于制造航天器的电气元件，比如集成电路等。
(2) 氮化镓(GaN)材料：氮化镓是一种新型半导体材料，它具有高电子迁移率和较高的饱和漂移速度，适用于高功率和高频率电子器件的制造。
在航天领域，氮化镓被用于制造微波器件和功率放大器等高频载波通信设备。
(3) 碳化硅(SiC)材料：碳化硅是另一种新型半导体材料，它的硬度和导热性能都比硅好，适用于制造高温、高功率的电子器件。
在航天领域，碳化硅被用于制造高温电子设备和高功率半导体开关等。
2. 半导体器件在航天领域的应用
(1) 集成电路(IC)：集成电路是半导体器件的一种，它可以将多个电子元件集成在一个芯片上，实现高度集成化的电路设计。
在航天领域，集成电路被用于制造控制系统、通信设备等。
(2) 二极管(Diode)和晶体管(Transistor)：二极管和晶体管是半导体器件的基础元件之一，它们被用于电路的开关和放大等功能。
在航天领域，二极管和晶体管被用于制造高温、高压、高频等特殊条件下的电子器件。
(3) 太阳电池(Solar cell)：太阳电池是一种将太阳光转换为电能的光伏器件，它的主要材料是硅。
在航天领域，太阳电池被用于制造航天器的电力系统，提供电源供给。
以上是半导体材料及器件在航天领域的主要应用。
随着航天技术的不断发展，相信半导体材料和器件在航天领域也会有更广泛和深入的应用。
功率半导体的发展趋势
功率半导体的发展趋势说到功率半导体，很多人可能会觉得有点陌生。
它就是一种在电子设备里，用来控制电流和电压的“神奇小零件”。
简单来说，功率半导体就是那些让我们的手机、电脑、家电、电动汽车等设备都能高效、稳定运行的幕后英雄。
它们通过调节电流的大小、方向，帮助我们把电力转化成我们需要的形式，就像是一个桥梁，把我们从“电的世界”通向各种现代科技的方便世界。
说到发展趋势，那可真是日新月异啊。
回想几年前，功率半导体的应用还主要集中在传统电力设备上，比如变电站、配电网、工业控制这些地方。
那时候，它们的体积较大，性能也没现在这么强悍。
可如今，随着科技的进步，功率半导体的角色可就变得越来越重要了。
你看啊，电动汽车、风能、太阳能这些清洁能源的崛起，离不开功率半导体的支撑。
尤其是电动汽车，不仅是为了环保，还得考虑它的续航能力、充电效率，等等，全靠这些“小家伙”来搞定。
功率半导体的体积变得越来越小。
以前的功率半导体做得大而厚，放在电器里就像一颗“定时炸弹”，不仅耗能，还不太稳定。
如今呢？那些半导体的芯片已经变得越来越精密，做得又小又轻，像是微型的“神经元”，反应迅速，几乎可以毫无延迟地对电流做出反应。
你要是拿个最新款的电动汽车来看，那车里的功率半导体简直小得让人吃惊，而且它们的效率高得让你不敢相信。
更牛的还在后头呢。
功率半导体在材料上的突破，也让它们变得更加高效、耐用。
比如，硅基材料已经不再是唯一的选择，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）这些新型材料已经登场了。
这些材料让功率半导体的性能大大提升，简直像给它们打了一针“强心剂”。
它们能够承受更高的电压和温度，这意味着在高功率、大电流的应用中，它们的表现更加出色。
以电动汽车为例，碳化硅材料可以让车的充电速度更快，电池的使用寿命也更长。
你看，简直是“实力派”啊，不只是看着好看，效果也是真的杠杠的。
此外，随着智能化的加速，功率半导体也在朝着更加智能化的方向发展。
未来，它们不仅仅是简单地控制电流，它们还可能通过各种传感器来“自我调节”，甚至在不同的使用场景下，自动调整性能。
功率半导体的发展
功率半导体的发展功率半导体最早的发展可以追溯到20世纪50年代末，当时主要是采用二极管和晶闸管进行功率控制和转换。
然而，二极管具有导通和关断功能，但不能实现可控的电流和电压，而晶闸管虽然可以实现电流和电压的控制，但是其调节精度和速度都较低。
因此，为了满足工业和民用电器对功率控制的要求，人们迫切需要一种能够实现高密度和高效率功率控制的新型半导体器件。
1960年代，随着功率场效应晶体管（MOSFET）和摩尔电晕二极管（MCT）的发明，功率半导体迎来了一个重要的发展阶段。
功率MOSFET具有电压驱动能力强、开关速度快、导通电阻低等特点，成为当时功率半导体领域的重要代表之一、而MCT则具有双向导电特性，可与晶闸管相比实现更高效率的功率控制。
这两种器件的出现，为功率半导体的广泛应用奠定了基础。
到了20世纪70年代，silicon controlled rectifier（SCR）和power BJT等器件的出现进一步推动了功率半导体的发展。
SCR具有双向导电性和可控性，广泛应用在电力系统中，如调压和调频设备。
而power BJT则具有高电流承受能力和高频特性，适用于高频功率放大等领域。
进入20世纪80年代，随着各项电子技术的快速发展，功率半导体也逐渐进入了一个新的阶段。
功率MOSFET和IGBT等器件开始得到广泛应用。
功率MOSFET以其快速开关速度、低导通电压降等优点，成为交流、直流电源的重要开关元件。
IGBT则结合了功率MOSFET的低导通电压降和晶闸管的高控制性能，更适用于大功率、高压的应用。
到了21世纪，功率半导体的发展进入了一个全新的阶段。
随着可再生能源（如太阳能、风能等）的快速发展和电动汽车的普及，功率半导体需要更高的性能和可靠性。
新材料的应用，如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），使得功率半导体能够应对更高的电压、温度等工作环境。
这些新材料的应用，使功率半导体能够实现更高效的能量转换，同时减少了功率器件的体积和重量。
GaN技术：挑战和未来展望
GaN技术：挑战和未来展望氮化镓(GaN) 是一种宽带隙半导体，其在多种电力电子应用中的应用正在不断增长。
这是由于这种材料的特殊性能，在功率密度、耐高温和在高开关频率下工作方面优于硅 (Si)。
长期以来，在电力电子领域占主导地位的硅几乎已达到其物理极限，从而将电子研究转向能够提供更大功率密度和更好能源效率的材料。
GaN 的带隙 (3.4 eV) 大约是硅 (1.1 eV) 的 3 倍，提供更高的临界电场，同时降低介电常数，从而降低R DS( on) 在给定的阻断电压下。
与硅相比（在更大程度上，与碳化硅 [SiC]）相比，GaN 的热导率更低（约为 1.3 W/cmK，而在 300K 时为 1.5 W/cmK），需要仔细设计布局和适当的开发出能够有效散热的封装技术。
通过用 GaN 晶体管代替硅基器件，工程师可以设计出更小、更轻、能量损失更少且成本更低的电子系统。
受汽车、电信、云系统、电压转换器、电动汽车等应用领域对日益高效的解决方案的需求的推动，基于 GaN 的功率器件的市场占有率正在急剧增长。
在本文中，我们将介绍 GaN 的一些应用，这些应用不仅代表了技术挑战，而且最重要的是，代表了扩大市场的新兴机遇。
01电机驱动由于其出色的特性，GaN 已被提议作为电机控制领域中传统硅基MOSFET 和IGBT 的有效替代品。
GaN 技术的开关频率高达硅的1,000 倍，加上较低的导通和开关损耗，可提供高效、轻巧且占用空间小的解决方案。
高开关频率（GaN 功率晶体管的开关速度可以达到100 V/ns）允许工程师使用较低值（因此尺寸更小）的电感器和电容器。
低R DS( on) 减少产生的热量，提高能源效率并实现更紧凑的尺寸。
与 Si 基器件相比，GaN 基器件需要具有更高工作电压、能够处理高 dV/dt 瞬态和低等效串联电阻的电容器。
GaN 提供的另一个优势是其高击穿电压（50-100 V，与其他半导体可获得的典型5 至15-V 值相比），它允许功率器件在更高的输入功率和电压下运行而无需损坏的。
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GaN类功率半导体能否成为新一代功率半导体的主角？（上）可降低电力损耗、缩小产品尺寸2011/09/09 00:00半导体日经技术在线！ - 工程师的技术支援信息网站GaN（氮化镓）作为可大幅降低电力损耗的新一代功率半导体备受关注。
利用GaN功率元件的环境目前正在迅速形成。
很多企业将在2011年下半年至2012年期间开始供货GaN类功率元件。
利用该元件的周边技术也越来越完善。
松下将在2011年内启动新的电子元器件业务——采用GaN半导体材料的功率元件（晶体管和二极管等）业务。
作为继现有硅（Si）材料之后的新一代材料之一，GaN目前已经受到了很多产品厂商的关注。
松下首先将面向白色家电使用的逆变器和通用电源中的PFC（功率因数校正电路）等，投产耐压为600V级的GaN类晶体管和二极管注1）。
另外，还会在基本同一时期开始提供该晶体管专用的栅极驱动IC和采用GaN类功率元件的PFC专用控制器IC。
松下还计划2012年上市配备GaN类晶体管的模块产品。
注1）本文用GaN“类”功率元件来表述采用GaN的功率元件是因为其中使用了GaN和AlGaN等GaN类半导体。
另外，使用硅（Si）或碳化硅（SiC）的功率元件一般是以Si或SiC为基础注入了杂质的半导体，所以表述为Si“制”和SiC“制”。
企业纷纷涉足涉足GaN类功率元件业务的不只是松下。
此前上市产品的企业只有美国国际整流器公司（International Rectifier，IR）和美国风险企业宜普电源转换（Efficient Power Conversion，EPC）两家公司，不过在2011年下半年至2012年期间，将有大量企业进军该领域（图1）。
图1：各企业相继涉足GaN类功率元件业务松下和富士通半导体等众多企业进军了此前只有两家企业涉足的GaN类功率元件市场。
其中，还有从事SiC制功率元件业务的罗姆和意法半导体等企业。
例如，在日本国内，富士通半导体为了在2012年全面量产，“目前正热火朝天地进行量产准备”（多位富士通相关人士）。
计划首先用于服务器电源。
海外企业方面，率先供货产品的IR和EPC计划进一步扩充产品阵容。
因美国谷歌向其出资2000万美元而备受关注的美国风险企业Transphorm也将上市GaN类功率元件。
2011年下半年至2012年间将大量上市的是GaN类晶体管。
因为GaN类晶体管与二极管相比制作简单，可利用GaN的特点等。
例如，将上市耐压为600V、输出电流为10～40A左右的GaN类晶体管。
目标是取代Si制低耐压IGBT和超结（Super Junction）构造MOSFET等。
除了元件厂商外，作为客户的电源厂商和产品厂商的关注度也在不断提高。
据经营GaN类功率元件专用栅极驱动IC的美国国家半导体（National Semiconductor）介绍，“来自通信设备厂商和电源厂商的业务咨询增多”。
据悉2012年前后GaN类功率元件将与该公司的IC一起配备在通信设备上。
可降低电力损耗、缩小产品尺寸之所以有众多企业关注GaN，是因为其材料特性比Si出色。
如果用于功率元件，可降低逆变器等的电力损耗，缩小逆变器尺寸。
例如，可将逆变器的电力损耗降低约60％以上（图2）。
因为可降低导通损耗和开关损耗等。
GaN类功率元件的导通电阻较低，因此能降低导通损耗。
另外由于栅极容量也比较小，可进行高速开关（图3）。
由此可减少开关损耗。
图2：降低逆变器损耗利用GaN类功率元件可大幅降低电力损耗（a）。
例如，用于逆变器电路时，可较Si制功率元件提高效率（b）。
低负荷（低输出）工作时效果尤其明显。
（图由本站根据松下的数据制作）图3：开关速度快GaN类功率元件容易提高开关速度。
与Si制IGBT相比，打开时的启动时间和关闭时的关断时间较短。
图为松下的数据，GaN类功率元件采用了该公司的GIT。
GaN类功率元件还有助于实现电力转换器等的小型化。
原因包括电力损耗小、容易提高开关频率、耐热性高等。
由于电力损耗小，电力转换器的发热量相应减少，即使热容量随着转换器尺寸的小型化而减小，温度也不易上升。
另外，GaN类功率元件能以数MHz的高开关频率驱动电力转换器，因此可缩小电感器等电力转换器的构成部件。
此外，耐热性较高，能在接合温度为200℃左右的高温下工作也是其一大优势。
由此，可缩小电力转换器的冷却机构或者直接省略不用。
解决了三项课题虽然GaN类功率元件具备诸多优点，但此前存在着三大课题，以至于一直未能实现实用化。
首先，难以降低成本。
可用于GaN类功率元件的基板或者口径小，或者价格高。
其次，电气特性不充分。
GaN虽然拥有出色的材料特性，但作为功率元件使用时，在电气特性方面不如Si 制功率元件。
第三，促进有效利用GaN类功率元件的周边技术研发滞后。
例如，此前没有用来驱动GaN类晶体管的专用栅极驱动IC。
因此，需要通过离散部件构成栅极驱动电路。
但现在这种情况正在发生巨大变化（图4）。
通过不断降低GaN类功率元件的成本、采用价格低且口径大的Si基板，有望实现与Si制功率元件相当的低价格。
图4：GaN类功率元件的课题将得到解决GaN类功率元件存在的三项课题有望得到解决。
成本降低正逐渐取得眉目、电气特性得到提高、使用GaN类功率元件所需的周边技术正在逐步完善。
电气特性也得到了大幅提高。
逊色于Si制功率元件的方面基本都有望解决。
低损耗和高频工作等能够发挥出GaN类功率元件特点的周边技术也在逐步完善。
除此之外，Si制功率元件的性能提高遭遇障碍也加快了GaN类功率元件的研发速度，例如导通电阻和栅极容量的降低受阻。
GaN向SiC发起挑战GaN类功率元件通过完善周边技术等，已经能够实际投入使用。
作为新一代功率半导体之一，终于追赶上了率先实现实用化的SiC。
在需要大幅削减电力转换器的电力损耗以及强烈要求其实现小型化的用途中，一般利用GaN和SiC。
采用两种材料的功率元件可根据利用产品的电力容量和开关频率区分使用。
如果按电力容量区分，低～中容量用途采用GaN，高容量用途采用SiC（图5）。
图5：GaN用于低容量或高频动作的产品在电力容量小、开关频率高的用途中，可发挥GaN类功率元件的特点。
而SiC预计将用于电力容量大，开关频率不太高的用途。
（图由本站根据松下的资料制作）根据元件的耐压来看，耐压为600V以下的低～中耐压产品使用GaN，耐压为1.2kV以上的高耐压产品使用SiC。
例如，笔记本电脑的AC适配器使用GaN、电车逆变器装置使用SiC。
另外，在耐压为600～1.2kV的范围内，采用GaN的可能性较高。
原因有两点：一是GaN有望较SiC降低价格。
“如果是耐压为600～1.2kV的产品，GaN类功率元件的价格可降至SiC的一半”（某GaN类功率元件的技术人员）。
因为Si基板和SiC基板的价格及口径大不相同。
按单位面积的基板价格比较，SiC基板可达到Si基板的数十倍。
口径方面也是GaN类功率元件利用的Si基板较大。
Si基板的口径目前为6英寸。
将来还计划扩大至8英寸。
而SiC基板只有4英寸，6英寸产品的样品供货预定2012年开始。
按照这种进程，能在功率元件产品中大量使用6英寸SiC基板要到2015年前后。
在基板的大口径化方面SiC处于下风。
GaN在耐压600～1.2kV范围内得到采用的可能性较高的另一个原因在于，攻克了之前不如SiC的阈值电压和耐压课题。
GaN类晶体管的阈值电压约为＋2V，与SiC制MOSFET基本相同。
耐压也有望确保600V。
另外，随着耐压的不断提高，技术上“确立了”（多位GaN类功率元件技术人员）最低1.2kV的耐压。
因此，在要求1.2kV耐压的用途中，GaN类功率元件也将与SiC一样成为候补。
此外，还出现了实现1.2kV以上耐压的研究成果，此前认为适合使用SiC的高耐压产品还有望采用GaN类功率元件。
（未完待续，记者：根津祯）■日文原文：GaN系パワー半導体いざ次世代の本命へ■相关报道NEC试制出GaN半导体功率晶体管“目标是2011年度上市”，古河电工和富士电机将共同开发GaN功率半导体元件“在电源用途上特性达到实用水平”，富士通研究所开发GaN类功率半导体元件2011/09/05 00:00半导体日经技术在线！ -工程师的技术支援信息网站GaN 类功率半导体能否成为新一代功率半导体的主角？（下）实现1kV 以上的耐压采用Si 基板降低成本，通过改变构造改善特性那么，GaN 类功率元件的成本、电气特性以及周边技术方面存在的课题是如何解决的呢？首先，有望降低成本是因为可以利用价格低且口径大的5～6英寸Si 基板。
Si 基板与蓝宝石基板、SiC 基板和GaN 基板相比，口径大而且单位面积的价格低。
如果能利用大口径基板，便可通过大型化提高生产效率，因此有望降低成本。
如果是耐压为数十V 的产品，将基板上积层的外延层与基板组合，成本“可降至3美元/cm 2以下”（IR ）。
中～高耐压产品也计划实现相同的制造成本，但仍比Si 制功率元件高。
因此，涉足GaN 类功率元件业务的企业的目标是，通过使用8英寸基板或减薄外延层进一步降低成本（图6）。
图6：通过扩大基板口径、减薄缓冲层进一步降低价格目前，通过使用口径为5～6英寸的Si 基板，可削减一定的成本。
今后，将通过利用大口径基板，提高生产时的吞吐量以及减薄缓冲层的厚度，以进一步降低成本。
减薄缓冲层推动GaN 类功率元件成本降低的另一个改善点是缓冲层的薄型化。
设置缓冲层是为了吸收积层的GaN 类半导体与Si 之间的晶格常数和热膨胀系数差异，防止产生裂缝等结晶缺陷。
不过，该缓冲层的生长需要花费时间。
因为层数多且厚。
GaN 类半导体各层的厚度为nm 级，而缓冲层为数μm 。
目前有很多企业在继续研发减少缓冲层多层膜层数或减薄缓冲层整体厚度的方法。
在参与研发的技术人员中，有人认为，通过薄型化，“可实现与Si 制功率元件相同的价格”。
改善电气特性GaN 类功率元件与Si 制功率元件相比处于下风的电气特性方面的课题也得到了大幅改善（图7）。
图7：特性有望提高在Si 基板上制作的GaN 类功率元件存在的电气特性课题正在逐步改善。
将普遍进行常闭工作，不久还将推出耐压600V 的产品。
运行后导通电阻上升的电流崩塌课题也在逐步解决。
GaN 类功率元件电气特性方面的课题是指：第一，即使不向晶体管的栅极加载电压也会导通的“常开工作”。
原因在于GaN 类功率元件内的“二维电子气（2DEG ）”。
但电源电路、尤其是需要600V 以上耐压功率元件的大电力电源电路非常重视安全性，要求实现只要不加载栅极正向电压就不导通的“常闭工作”。
因此，参与GaN 类功率元件开发的企业分别采取不同的方法实现了常闭化。
目前，虽然阈值电压比Si 制IGBT 和MOSFET 低，但大多数GaN 类晶体管均可在＋1～2V 左右的阈值电压下实现常闭工作注2）。