氮化镓作为时下备受看好的半导体工艺材料，具有超越硅的多项性能优势，是目前全球半导体产业研究和应用的前沿和热点，并在光电子、大功率器件、高频微波器件、通信电源等终端领域应用方面有着广阔的市场前景。然而，氮化镓器件在制造过程中仍存在有待解决的难点以及对应用成本的诸多考量。为此，《华强电子》邀请领先的半导体厂商共同探讨，当前氮化镓的技术挑战与发展趋势。

  众所周知，第一代半导体是硅，主要解决数据运算、存储的问题;第二代半导体是以砷化镓为代表，被应用到光纤通讯，主要解决数据传输的问题;第三代半导体正是以氮化镓(GaN)为代表，它在光电转化方面性能突出，在微波信号传输方面效率更高。相比前两代半导体材料的代表硅和砷化镓，第三代半导体GaN优势性能更为突出，GaN的市场应用正逐渐在展开。

Qorvo高级客户经理黄靖

  Qorvo高级客户经理黄靖在接受《华强电子》采访时表示，GaN与之前的半导体材料相比，拥有更高的功率密度，更大的带宽以及更高的效率，这使得GaN在基站大功率器件领域有着独特的优势，Qorvo认为在未来的3-5年内，GaN将逐步成为基站大功率领域的主流技术方案。

MACOM无线产品中心资深总监成钢

  MACOM无线产品中心资深总监成钢在接受《华强电子》采访时表示，GaN器件在射频领域的优势主要体现在其宽禁带物理特性所带来的性能优势，比如高击穿电压、高功率密度、高效率、大工作带宽等等，这些优势和现在及未来射频应用对大功率数据，小尺寸，宽频段的技术要求是高度吻合的。MACOM预计，GaN在射频领域的应用会从雷达、无线基站、微波通讯等要求较高的领域，逐渐向工业加热、照明、汽车点火以至于手机射频收发等方向扩展，成为未来无线领域的主要半导体材料。

德州仪器亚太区模拟产品汽车方案业务拓展总监吴渭强

  德州仪器亚太区模拟产品汽车方案业务拓展总监吴渭强在接受本刊记者采访时同样表示，GaN将会在功率密集的器件应用中大展拳脚，在未来的几年里，GaN可以在提供更大输出功率的同时，减小适配器尺寸，现有的GaN解决方案将会对高压应用产生影响。

  GaN之所以备受看好，并将众多细分领域展开应用，主要是因为GaN有三点核心性能优势。吴渭强告诉记者，GaN的三点核心性能优势分别是，低输入和输出电容可降低硬开关转换器中的开关损耗，并在硬开关转换器和软开关转换器中实现更高的开关频率;硬开关半桥转换器中具有接近零的反向恢复电荷损耗，因此可实现新的拓扑结构，如图腾柱 PFC;大幅减少的开关损耗可缩短过渡期，并带来更快的开关速度，同时减少或取消散热器。

富士通电子元器件(上海)有限公司产品部副经理孙斌

  富士通电子元器件(上海)有限公司产品部副经理孙斌在接受本刊记者采访时， 对此表示认同，并称，GaN的禁带宽度是硅的3倍，所以击穿电场可以达到硅的10倍，同样的击穿电压下，导通电阻可以降低1/300~1/1000;工作温度可以超过300度;开关频率可以高达数十兆赫兹，所以可以大大缩小电源的体积、提高功率密度，并逐渐在可再生能源，如太阳能逆变器;电动汽车，如充电机/on board charger;工业电机驱动，如机器人手臂;大数据中心、云计算，如服务器电源等市场导入。

  目前，TI的GaN技术主要集中在电源管理领域，比如在电源开关等应用上。TI正着力于把GaN技术用于汽车、工业和无线充电产品领域上，使客户能享受到GaN带来更佳的性能表现，同时，TI还在关注新型转换器、电机驱动器和系统等开发，进一步优化GaN设备。

  “MACOM的硅基GaN技术主要集中于无线基站系统功率放大器和工业级应用。”成钢告诉记者，MACOM的基站放大器产品已覆盖所有无线通讯频段，功率高达720W，效率高达80%，达到甚至超过市场主流产品指标。

  据了解，采用GaN的大功率器件有一个明显的优势，在一个封装中不仅有GaN功率晶体管(FET)，还内置栅极驱动器。例如TI 最新推出的GaN器件LMG3410就是包括这种优势，将目前技术最先进的硅材料功率因数校正转换器的功率密度加倍，其相对于分立式GaN解决方案，其功率损耗、电压应力和电磁干扰更低，并启用全新拓扑结构等。

美高森美RF/微波分立器件部策略市场总监Kevin Harrington

  美高森美RF/微波分立器件部策略市场总监Kevin Harrington在接受本刊采访时表示，碳化硅衬底氮化镓RF功率晶体管的最大输出功率密度显著高于砷化钾或硅晶体管，而氮化镓晶体管最重要的特性，包括高频截止频率和良好的导热性。GaN器件还同时具备高功率、高频率和高温运行的最佳解决方案。

Dialog半导体公司发展与战略高级副总裁Mark Tyndall

  “氮化镓晶体管的优异性能有助于客户提供能满足今天市场需求的更高效更紧凑的电源适配器设计，延续Dialog在基于BCD的PMIC领域的成功。”Dialog半导体公司发展与战略高级副总裁Mark Tyndall在接受本刊采访时表示，作为领先的氮化镓创新者，Dialog再次率先将一种新型电源转换技术投入高产量的消费电子设备的商业应用，Dialog的氮化镓解决方案瞄准的细分市场是快速充电智能手机和计算设备的适配器，Dialog的电源转换器目前在这些市场上的占有率已达 70% 以上。

  氮化镓技术可以提供全球速度最快的晶体管，这是高频工作和超高效电源转换的核心元件。半桥集成了许多构件，如栅极驱动和电平转换电路，跟650V功率开关一起提供优化的解决方案，可使功率损耗最多能减少50%，实现高达94%的电源效率。Dialog近期推出的首款采用台积电650伏硅基氮化镓(GaN-on-Silicon)工艺的氮化镓电源IC产品--- DA8801，正是其中的代表，可无缝地应用氮化镓技术，无需外加驱动氮化镓功率开关的复杂电路。

  如今，随着包含GaN的系统设计逐渐普及化，它的使用将扩展至高端音频放大器、无人机、电动汽车、照明、计算、太阳能板、针对车辆的成像技术等产品中，并将最终扩展至所有由墙上插座供电的低压应用。目前，GaN已被设计用于电力电源，将电力在交流和直流形式之间进行转换，改变电压电平并执行多种功能，以确保电力的可使用性。