隨著氮化鎵（GaN）技術在各產(chǎn)業(yè)中扮演起重要的角色，中國政府已積極透過資助計畫、研發(fā)補助以及激勵政策等方式來支持氮化鎵技術在中國的發(fā)展。此外，中國近年來出現(xiàn)了許多專注于研發(fā)氮化鎵的公司，并且包括復旦大學、南京大學、浙江大學及中國科學院等大學或研究機構也積極地投入氮化鎵相關領域的研究及發(fā)展。

　　目前中國是宜普公司（EPC）的第二大市場，它在企業(yè)運算（Enterprise Computing）、進階自動駕駛（Advanced Autonomy）和智慧移動（eMobility）等氮化鎵應用的領域當中具有快速成長的優(yōu)勢。 宜普公司認為，若企業(yè)想在產(chǎn)業(yè)中保持領先的競爭優(yōu)勢，唯有的關鍵就是不斷的創(chuàng)新。此外，氮化鎵在未來必然會取代電壓650伏特以下的金屬氧化物半導體場效電晶體（MOFEST）市場，而該市場目前價值數(shù)十億美元。最后，公司若能夠加速現(xiàn)況的轉(zhuǎn)變，并且研發(fā)出現(xiàn)今矽半導體無法滿足的性能、尺寸以及具有成本優(yōu)勢的產(chǎn)品，這將能夠維持或增強這些公司在氮化鎵領域上的競爭力。

　　盡管中國企業(yè)在氮化鎵的研發(fā)上已經(jīng)投入大量的資金，但在GaN技術方面卻沒有處于領先地位。至目前為止，中國企業(yè)在氮化鎵技術的發(fā)展上仍然落后于宜普（EPC）以及納微半導體（Navitas）等公司。 放眼未來，宜普公司一直致力于制造比硅功率元件擁有更高性能、成本更低的氮化鎵功率元件。宜普公司早在2010 年3 月就開始生產(chǎn)第一個氮化鎵系列產(chǎn)品，也相當于領先同行業(yè)者好幾年。我們作為增強型（常閉型）氮化鎵功率電晶體技術的開創(chuàng)者，并在2014年首次推出氮化鎵功率集成電路。此外，宜普更是出版了《氮化鎵電晶體–高效功率轉(zhuǎn)換元件》與《氮化鎵功率元件和應用》兩本教科書，而這兩本教科書也被大學廣泛用于培養(yǎng)下一代的電力電子技術人員。宜普公司目前也正在加速開發(fā)對于速度及尺寸特性極為要求的400 伏特以下市場。

　　氮化鎵（GaN）半導體詳解

　　氮化鎵（GaN）是一種非常堅硬且在機械方面非常穩(wěn)定的寬帶隙半導體材料。由于具有更高的擊穿強度、更快的開關、更高的熱導率和更低的導通電阻，氮化鎵基功率器件明顯比硅基器件更優(yōu)越。氮化鎵晶體可以在各種襯底上生長，包括藍寶石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。在硅上生長GaN外延層可以使用現(xiàn)有的硅制造基礎設施，從而無需使用成本很高的特定生產(chǎn)設施，而且可采用低成本、大直徑的硅晶片。

　　氮化鎵材料用于制造半導體功率器件，也可以用于制造射頻元件和發(fā)光二極管（LED）。氮化鎵技術展示出它可以在功率轉(zhuǎn)換、射頻及模擬應用中，替代硅基半導體技術。 其中，高電子遷移率晶體管（HEMT）使用二維電子氣（2DEG），由不同帶隙的兩種材料之間的結(jié)點構成。與等效硅基解決方案相比，氮化鎵基HEMT的開關更快、熱導率更高和導通電阻更低，因此在電路中采用氮化鎵晶體管和集成電路，可提高效率、縮小尺寸并降低各種電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的成本。

　　在一百多年以前，當電子時代露出曙光時，功率設計工程師一直努力尋求最理想的開關以支持快速、高效電源轉(zhuǎn)換的開關，能夠把原始電能轉(zhuǎn)換成受控、有用的流動電子。首先出現(xiàn)的是真空管技術。可是，由于它產(chǎn)生大量的熱量，所以能效低，而且體積大和成本高昂，使得它的應用受限。隨后在50年代，晶體管被廣泛采用，它的小尺寸及具備較高效率的優(yōu)勢，使它成為行業(yè)的“圣物”（holy grail），以及很快地替代了真空管而同時推動了龐大的、全新的市場發(fā)展，這是真空管技術所無法實現(xiàn)到的。

　　硅材料很快便成為制造半導體晶體管的首選材料。這不獨是因為它本質(zhì)上具備卓越的電氣特性，其生產(chǎn)成本也比真空管低很多。此后，于70及80年代，硅晶體管及隨后的集成電路發(fā)展迅猛。摩爾定律的規(guī)律是晶體管的性能大約于18個月之間得以翻倍且其制造成本也會降低，驅(qū)使行業(yè)得以推出具備更高性能及更低成本的全新產(chǎn)品，從而深受客戶歡迎。在功率轉(zhuǎn)換中，硅基功率MOSFET器件實踐了這個定律而成為硅基晶體管得以蓬勃發(fā)展的主要因素。

　　就像真空管技術一樣，硅基功率MOSFET一直以來的發(fā)展–實現(xiàn)更高的性能及更低的價格-已經(jīng)到了極限。幸運的是，市場一直需求具有極快速的開關、沒有電阻、更低的成本的理想開關，而可實現(xiàn)高性能功率轉(zhuǎn)換晶體管及集成電路的全新材料也推陳而出新。 把電子性能提升至另一個更高的水平及使得摩爾定律復活的領先侯選原材料，就是氮化鎵材料。

　　目前已經(jīng)被證實，與硅基器件相比，氮化鎵器件傳導電子的效率可以高出1000倍，而同時比硅器件的制造成本較低。硅器件的技術發(fā)展已經(jīng)到了極限，而一種新興并具有較高性能的半導體材料正在冒起–它就是氮化鎵半導體。 幸運的是，制造氮化鎵器件的成本比制造MOSFET器件的成本為低，這是由于目前用來制造傳統(tǒng)硅基半導體的相同工廠中，采用制造硅器件的標準步驟來制造氮化鎵器件，從而使得具有相同性能的氮化鎵器件的體積可以小型化很多。由于每個氮化鎵器件都比硅基器件小很多，因此每塊晶圓可以生產(chǎn)出更多的氮化鎵器件，這樣，與等效硅基器件相比，制造氮化鎵器件的成本就總是更低。當?shù)壖夹g繼續(xù)得以提升時，它與硅基器件的成本差距，將進一步擴大。

　　氮化鎵材料推動了具有更高性能的晶體管及集成電路的出現(xiàn)，目前是勇于創(chuàng)新的功率設計工程師的最佳時機，于他們的設計中，采用并發(fā)揮氮化鎵器件的優(yōu)勢，包括：

　　更低的導通電阻，從而實現(xiàn)更低的傳導損耗

　　更快的開關以實現(xiàn)更低的開關損耗

　　更小的電容在對器件進行充電及放電時，可實現(xiàn)更低的損耗

　　需要更少的功率來驅(qū)動電路

　　更小的器件可以減小解決方案于印刷電路板上的占板面積

　　更低的成本

　　編輯：黃飛