氮化镓(gan)被誉为继第一代ge、si半导体材料、第二代gaas、inp化合物半导体材料之后的第三代半导体材料,具有带隙宽、原子键强、导热率高、化学性能稳定、抗辐照能力强、结构类似纤锌矿、硬度很高等特点,在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用等方面有着广阔的应用前景。
5g时代,第三代半导体优势明显
第一代半导体材料主要是指硅(si)、锗(ge)元素半导体。它们在国际信息产业技术中的各类分立器件和集成电路、电子信息网络工程等领域得到了极为广泛的应用。
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。第二代半导体材料主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件,是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料。
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。
宽禁带半导体是高温、高频、抗辐射及大功率器件的适合材料。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。从目前第三代半导体材料及器件的研究来看,较为成熟 的第三代半导体材料是sic和gan,而zno、金刚石、氮化铝等第三代半导体材料的研究尚属起步阶段。
靠快充火起来的氮化镓
作为第三代半导体材料的氮化镓(gan),是一种坚硬的高熔点(熔点约为1700℃)材料,具有高频、高效率、耐高压等特性,用于制作多种功率器件和芯片。
氮化镓在半导体材料领域的研究已经持续多年,近期广为人知,是因为它可以用在充电器中。
今年2月,小米发布新品,其中65w gan充电器成为一大亮点。
这款充电器易散热、充电快(比iphone原装快50%,从0到100%的电量只需45分钟)、体积小(比常规充电器小了50%),且售价只要149元,性价比较高。3天预约就超5万,一时间,这一黑科技产品站上了风口,氮化镓也因此引发市场的强烈关注。
不过这并不是第一款氮化镓充电器,早在去年四季度,oppo就发布了全球首款65w gan充电器。两家大厂相继布局,意味着技术已经进一步成熟。
而且,氮化镓充电器并不仅仅用于手机充电。更小、更便捷的gan充电器是解放笔记本的一大利器。未来,笔记本、新能源车或许都会用到氮化镓充电器。
5g带来更广阔的应用空间
充电市场并非氮化镓功率器件的唯一用武之地,它还应用于光电、射频领域。
非常值得一提的是,在射频领域,氮化镓射频器件适合高频高功率场景,是5g时代的绝佳产品,将替代si基芯片,应用在5g基站、卫星通信、军用雷达等场景。
在政治局会议多次点名之下,5g基站的建设迎来高峰,相应的各种射频器件、芯片数量和质量都在提升,市场需求旺盛。氮化镓工艺正在逐步占领市场,已经势不可挡。拓璞产业研究院预计到2023年基站端gan射频器件规模达到顶峰,达到112．6亿元。
再加上卫星通信、军用雷达的市场,据预测gan射频市场将从2018年的6．45亿美元增长到2024年的约20亿美元。
另外,gan基紫外激光器在紫外光固化、紫外杀菌等领域有重要的应用价值。疫情当前,中美都启用了基于gan的紫外光进行消毒杀菌,相关市场随之增长。

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