氮化鎵是未來(lái)的硅？

Anker在前段時(shí)間推出了旗下第一款基于氮化鎵的充電器PowerPort Atom PD，它最大的特點(diǎn)是在近乎30W的功率下仍然只有蘋果綠點(diǎn)充電器大小，并且使用的元件不是硅，而是我們很少聽說(shuō)過的氮化鎵GaN。

在Anker推出氮化鎵電源之前，曾經(jīng)有數(shù)家廠商有量產(chǎn)氮化鎵電源的想法，但最終因?yàn)楫a(chǎn)能和設(shè)計(jì)等諸多原因臨陣變卦。在數(shù)十年來(lái)，硅一直處在行業(yè)支柱的地位，但隨著硅極限被逐步逼近，行業(yè)已經(jīng)開始試圖尋找更合適的替代品，氮化鎵就是其中之一。

新材料尋找時(shí)候，往往會(huì)偏向于尋找寬帶隙的材質(zhì)。帶隙指的是導(dǎo)帶的最低點(diǎn)和價(jià)帶的最高點(diǎn)的能量之差，帶隙越大，電子由價(jià)帶被激發(fā)到導(dǎo)帶越難，本征載流子濃度就越低，電導(dǎo)率也就越低，因此也更適合變成半導(dǎo)體元件。

相對(duì)硅，氮化鎵擁有跟寬的帶隙，寬帶隙也意味著，氮化鎵能比硅承受更高的電壓，擁有更好的導(dǎo)電能力，并且可以承受比硅更高的電壓。簡(jiǎn)而言之，相同體積下，氮化鎵比硅的效率高出不少。

因此，氮化鎵的電子產(chǎn)品效率會(huì)遠(yuǎn)高于硅電子產(chǎn)品，并且能耗更低，體積更小。如果氮化鎵替換現(xiàn)在所有電子設(shè)備，可能會(huì)讓電子產(chǎn)品的用電量再減少10%或者25%。

氮化鎵還可以比硅更容易在高溫環(huán)境中存活下來(lái)，它可以應(yīng)付更復(fù)雜的環(huán)境設(shè)計(jì)。舉個(gè)栗子，車載ECU往往需要遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)，并加裝額外的散熱裝備。但是基于氮化鎵的車載ECU可能不需要考慮這么多，甚至可以和發(fā)動(dòng)機(jī)捆綁以節(jié)省成本，驅(qū)動(dòng)汽車設(shè)計(jì)進(jìn)一步升級(jí)。

氮化鎵甚至可以會(huì)影響到激光和光子學(xué)領(lǐng)域。目前氮化鎵是少數(shù)能夠發(fā)出藍(lán)光的材料之一，它可以成為藍(lán)光光頭，也可以是LED的制作材料。目前已經(jīng)有設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開始著手研發(fā)基于氮化鎵的激光發(fā)生器，尺寸僅為人類頭發(fā)的1/100，并運(yùn)用到顯微鏡上。

但氮化鎵也并非十項(xiàng)全能，新型材料被運(yùn)用到電子產(chǎn)品需要一定時(shí)間驗(yàn)證其可靠性，特別是基于硅的電子元件已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，想要短時(shí)間內(nèi)替換成氮化鎵也不太現(xiàn)實(shí)。并且氮化鎵的造價(jià)并不便宜，產(chǎn)能有限，想短時(shí)間普及不太可能。

目前為止，包括德州儀器、安世半導(dǎo)體、松下在內(nèi)的大型半導(dǎo)體制造商都展開了氮化鎵研究項(xiàng)目，只可惜應(yīng)用于消費(fèi)數(shù)碼產(chǎn)品的氮化鎵仍在起步階段，并且可能會(huì)先在電動(dòng)汽車、光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換上率先發(fā)力。但無(wú)論如何，氮化鎵能給電子產(chǎn)品帶來(lái)更小的體積和更高的效能，光憑這一點(diǎn)就非常值得期待。