目前半導體產業以矽(Si)的發展最為成熟,然而當代的科技產品逐漸轉向高頻率、高速度、輕量與小體積,導致Si半導體在物理特性上已經達到極限,很難再有所突破。氮化鎵(GaN)並非橫空出世,它早在1993年便開始應用於LED產業,GaN的穩定性高,熔點高達1700度,相較於Si,能夠忍耐更高的溫度與電壓。
 

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而在穩定性與耐高溫、耐高壓的優勢之外,GaN同樣擁有良好的導電性、導熱性。這些特性讓GaN被應用在變壓器和充電器的領域,使用GaN元件的充電器能夠同時應用在需要較大電壓的筆記型電腦、平板,也能夠同時用於較小電壓的手機和手錶充電。GaN的物理特性讓它就算在高電壓的情況下也不容易發熱,因此100W以上的快速充電模式也因應而生,能有效縮短充電的時間。

此外,相較於矽基元件,GaN擁有更高的電子密度和電子速度,元件的切換速度是矽基元件的10倍以上,因此GaN相較於Si更適合高頻率、高效率的電子產品,包括現代的5G市場。而在充電器商品上,較高的電子密度讓GaN能以更小的空間處理更多電力,進而達到縮小商品體積與輕量化的成果。

  • 第一代半導體:如Si,應用於資訊、微電子產業。
  • 第二代半導體:如GaAs(砷化鎵),應用於通訊、照明產業。
  • 第三代半導體:如GaN、SiC等。

     

    氮化鎵 GaN 是什麼?

    氮化鎵(GaN)是一種堅硬且非常穩定的第三代半導體材料,可以在高溫和高電壓下,進行長時間的運作。另外,以氮化鎵(GaN)製成的晶片特色之一就是閥極切換速度快、效率高,是現在市面充電器常用的元件。但除了氮化鎵之外,充電器產品內部使用的各種IC、零件和電路設計,之間互相的配合,才能真正造就小體積、高效率的充電器。

     

    GaN目前有哪些應用?和碳化矽(SiC)的差異在哪裡?

    第三代半導體包括GaN和SiC,GaN的優勢在於電壓40V至1200V的產品,目前主要應用於900V以下的領域,包括汽車、電信、特定的消費電子產品所需要的100V至900V電壓範圍。在工業方面,GaN也適合應用在射頻(RF)領域,和此有關的5G射頻設備、軍用雷達、光達Lidar也是其應用方向之一。

    不過,雖然GaN和SiC同樣是第三代半導體,應用範圍有所重疊,但因為技術和優勢的關係,兩者的適用領域也會有所區隔。例如,相較於GaN以900V以下的應用為主,SiC將以1200V以上的更高電壓、更大電流為主要市場,例如高階的電動車、太陽能,還有大型建設例如離岸風電、公共運輸領域。因此消費者很難在充電器產品上看見SiC的使用。
     

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    GaN的未來發展

    GaN應用領域包括微波射頻、電力電子產品,如前所述,GaN的高頻率、高功率、低功耗的特點,讓它能夠使用在5G的小型基地站,未來或許能取代第二代半導體GaAs,成為更理想的微波頻率放大器,應用至相關產業如衛星通訊、有線電視、雷達等市場。

    近期,GaN在汽車領域的發展也越來越熱絡,例如德州儀器(TI)於2020年底推出車用電晶體GaN FET,至於台積電也已宣布將與ST意法半導體合作,加速GaN製程技術的開發,希望能在消費性電子產品之外也開始發展如汽車電氣化等未來趨勢。

    最後,在消費性電子產品的領域,GaN充電器顯然成為了未來的趨勢,各大廠牌例如小米、Anker等都以GaN為高階充電器材料,搶攻GaN市場藍海。GaN具備溫度低、效率高、功率高的特色,將來消費者只需要1顆輕便的充電器就能夠替手上的所有裝置充電,並且不用擔心充電器過熱、充電速度過慢的問題。

     

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    文章來源: https://gz1688.pixnet.net/blog/post/87214780

 

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