解释：GaN（氮化镓）和它所看到的技术的未来

已发表: 2020-06-22

在过去的几十年里，技术领域已经看到了采用快速充电解决方案的刺激。无论是在智能手机、平板电脑甚至笔记本电脑上，快速充电器都开始变得无处不在。虽然所有这些产品都是基于硅的，但底层技术正开始演变为更强大、更高效和更紧凑的产品。所有这些都高度依赖于 GaN（氮化镓），这是一种在 90 年代就出现的半导体材料，从那时起，它一直被不断研究并被视为硅的潜在替代品——更不用说，一种实现更强大和更高效的系统，占地面积更小。为了更好地了解 GaN 是什么以及它在未来几年内可能如何影响技术的未来，这里有一个解释器。

GaN Gallium Nitride

硅时代

当前技术状态的快速入门：自从复杂计算系统诞生以来，构成这些系统框架的底层核心技术逐渐发生了变化和进步，使现代计算能力达到了今天的水平——满足多样化的需求。

目前，大多数人都会意识到，无论是计算机、智能手机还是其他现代电子设备，现代系统中的主要元素是硅 (Si)。一种半导体材料，由于其卓越的电气特性，取代了真空管等早期解决方案。虽然在各种设备中发现的大多数电路、主板和其他电子元件都以硅为核心，但这种曾经流行的材料现在正接近其饱和点。

silicon era

对于那些不知道的人来说，摩尔定律表明芯片组上的晶体管数量每两年翻一番（而成本减半），并且准确地描述了现代计算的增长，它已经接近尾声。这实质上意味着，目前，计算机科学家似乎已经达到了硅的潜在极限（尤其是硅基 MOSFET），在这种情况下，似乎不太可能带来显着的进步和改进或与摩尔的相匹配。法律。然而，长期以来对寻找硅替代品的探索，在某些情况下不仅与硅相当，而且在某些情况下更胜一筹，这导致了新的半导体材料 GaN 或氮化镓的发现。

什么是 GaN，它比硅有什么优势？

GaN 或氮化镓是一种具有半导体特性的化合物，其研究可以追溯到 90 年代。在此期间，该化合物开始进入带 LED 的电子元件领域，后来进入蓝光播放器。从那时起，GaN 已被用于制造晶体管、二极管和其他一些组件。因此，从表面上看，这种材料似乎越来越接近于在不同的垂直领域取代硅。

将 GaN 与硅区分开来的区别（也是最重要的）因素之一是更宽的带隙，这与电流通过材料的程度成正比。举例来说，GaN 提供的带隙为 3.4 eV，与 Silicon 的 1.12 eV 相比，它明显更宽。因此，GaN 基本上可以承受比硅更高的电压水平，并且可以以更快的速度传输能量。在安全性方面，GaN 设法比硅更好地减少散热，这进一步扩大了现在既快速又安全的充电解决方案的范围。简而言之，这些优势意味着 GaN 可以提供比硅更快的处理速度，同时具有高能效、保持相对较小的外形尺寸并保持较低的成本。

Explained: GaN (Gallium Nitride) and the future of tech it beholds - GaN vs SiC band gap

生产成本下降的一个原因与 GaN 组件将使用与现有硅基组件生产相同的硅制造程序有关。尽管此时您可能会注意到 GaN 器件（例如基于 GaN 的充电适配器）目前的价格略高于其硅器件。之所以如此，是因为当您必须少量生产组件或设备时，制造成本总是较高，而不是批量制造，这大大降低了生产成本。因此，一旦我们开始看到 GaN 在各种电子元件和相关技术中的应用有所增加，最终产品的最终成本将大大低于 Silicon 产品的成本。

然而，这并不是说 GaN 可以很容易地完全取代硅。因为，归根结底，它归结为用例场景和系统要求。例如，对于具有低温限制或不需要更快能量传输的系统来说，GaN 可能不是理想的选择。因此，硅在这样的系统中仍然很重要。

GaN在哪里（并且可以）在哪里使用？

GaN 技术很快将在充电技术领域得到广泛采用。随着智能手机在其最新产品上推出更快的充电解决方案，并且客户似乎很欣赏它们，我们越来越接近于越来越多的制造商希望采用 GaN over Silicon。这显然意味着即将推出的用于笔记本电脑、平板电脑甚至智能手机的充电器将提供更大的功率（~65W），快速为设备充电，尺寸紧凑，同时使用安全。目前第三方配件制造商提供的一些基于 GaN 的充电器包括来自 RAVPower、Aukey 和 Anker 等流行品牌的充电器，仅举几例。

Explained: GaN (Gallium Nitride) and the future of tech it beholds - Aukey GaN Charger

虽然目前 GaN 的采用并不是开创性的，但它在未来几年肯定看起来很有希望。首先，您可以期待 GaN 将缓慢地进入 5G 网络的进步和改进，一些专家认为这可以更好地帮助 6GHz 以下和毫米波频率。更不用说提高网络功率效率的需要，GaN 技术似乎比同类技术提供的效果更好。虽然 GaN 用于 5G 的用例非常多样化，但我们在本次讨论中几乎没有触及表面。然而，值得一提的是，5G 网络预期的连接速度和覆盖范围需要与 GaN 所承诺的类似的东西。

同样，GaN 的潜力可以帮助改进和进步并反过来取代硅的另一个领域是电子元件，如晶体管和放大器。更不用说光电器件，包括激光器、LED 和其他一些电子器件，它们在 GaN 中看到了很大的潜力。最近，研究人员还发现了在自动驾驶汽车中使用 GaN 的潜在优势，自动驾驶汽车严重依赖 LiDAR（光检测和测距）来测量不同物体之间的距离。

是什么阻碍了 GaN 成为主流？

虽然在更大程度上，GaN 技术在以更低的成本和更紧凑的尺寸提供更多的能量和更快的速度方面确实看起来很有前景，但仍然存在许多需要解决的不确定性和复杂性，阻碍了它取代跨越各种垂直领域的硅。其中最大的一个与它在开发 MOSFET 中的应用有关，这些 MOSFET 与基于硅的产品相比，如果不是更好的话。然而，在过去几年中，为了改善技术的未来，正在开展研究，以找到一种让 GaN 进入生产 MOSFET 和其他领域的方法。因此，不久我们就会看到 GaN 进入主流消费产品。