第三代半导体材料之氮化镓（GaN）解析

2020-08-03 11:52

5G时代，氮化镓（GaN）成为发展重点

第三代半导体材料正在成为抢占下一代信息技术、节能减排技术及国防安全技术的战略制高点，是战略性新兴产业的重要组成部分。

随着当前5G技术的成熟，GaN材料开始展现出无与伦比的发展潜力。它是一种宽能隙材料，能够提供与碳化硅（SiC）相似的性能优势，但降低成本的可能性却更大。业界认为，在未来数年间，GaN功率器件的成本可望压低到和硅MOSFET、IGBT及整流器同等价格。

GaN性能特点：

1、高性能，主要包括高输出功率、高功率密度、高工作带宽、高效率、体积小、重量轻等。目前第一代和第二代半导体材料在输出功率方面已经达到了极限，而GaN半导体由于在热稳定性能方面的优势，很容易就实现高工作脉宽和高工作比，将天线单元级的发射功率提高10倍；

2、高可靠性，功率器件的寿命与其温度密切相关，温结越高，寿命越低。GaN材料具有高温结和高热传导率等特性，极大地提高了器件在不同温度下的适应性和可靠性。GaN器件可以用在650°C以上的军用装备中；

3、低成本，GaN半导体的应用，能够有效改善发射天线的设计，减少发射组件的数目和放大器的级数等，有效降低成本。目前GaN已经开始取代GaAs作为新型雷达和干扰机的T／R（收／发）模块电子器件材料。美军下一代的AMDR（固态有源相控阵雷达）便采用了GaN半导体。氮化镓禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越性质，使得它成为迄今理论上电光、光电转换效率最高的材料体系，并可以成为制备宽波谱、高功率、高效率的微电子、电力电子、光电子等器件的关键基础材料。

采用氮化镓材料制备的电力电子器件具有更高的工作电压、更高的开关频率、更低的导通电阻等优势，并可与成本极低、技术成熟度极高的硅基半导体集成电路工艺相兼容，在新一代高效率、小尺寸的电力转换与管理系统、电动机车、工业电机等领域具有巨大的发展潜力。

氮化镓产业链各环节龙头企业一览

GaN 代工：三安光电；

电源驱动芯片：圣邦股份、富满电子；

协议芯片：瑞芯微、全志科技；

平面变压器、共模电感：顺络电子

Type C 连接器：立讯精密、长盈精密、电连技术；

充电器代工：领益智造；

射频芯片设计：卓胜微；

毫米波 T／R 芯片模组：和而泰；

功率半导体：斯达半导、扬杰科技、捷捷微电、士兰微、台基股份、华微电子、苏州固锝；

半导体设备：北方华创；