解釋：GaN（氮化鎵）和它所看到的技術的未來

已發表: 2020-06-22

在過去的幾十年裡，技術領域已經看到了採用快速充電解決方案的刺激。無論是在智能手機、平板電腦甚至筆記本電腦上，快速充電器都開始變得無處不在。雖然所有這些產品都是基於矽的，但底層技術正開始演變為更強大、更高效和更緊湊的產品。所有這些都高度依賴於 GaN（氮化鎵），這是一種在 90 年代就出現的半導體材料，從那時起，它一直被不斷研究並被視為矽的潛在替代品——更不用說，一種實現更強大和更高效的系統，佔地面積更小。為了更好地了解 GaN 是什麼以及它在未來幾年內可能如何影響技術的未來，這裡有一個解釋器。

GaN Gallium Nitride

矽時代

當前技術狀態的快速入門：自從復雜計算系統誕生以來，構成這些系統框架的底層核心技術逐漸發生了變化和進步，使現代計算能力達到了今天的水平——滿足多樣化的需求。

目前，大多數人都會意識到，無論是計算機、智能手機還是其他現代電子設備，現代系統中的主要元素是矽 (Si)。一種半導體材料，由於其卓越的電氣特性，取代了真空管等早期解決方案。雖然在各種設備中發現的大多數電路、主板和其他電子元件都以矽為核心，但這種曾經流行的材料現在正接近其飽和點。

silicon era

對於那些不知道的人來說，摩爾定律表明芯片組上的晶體管數量每兩年翻一番（而成本減半），並且準確地描述了現代計算的增長，它已經接近尾聲。這實質上意味著，目前，計算機科學家似乎已經達到了矽的潛在極限（尤其是矽基 MOSFET），在這種情況下，似乎不太可能帶來顯著的進步和改進或與摩爾的相匹配。法律。然而，長期以來對尋找矽替代品的探索，在某些情況下不僅與硅相當，而且在某些情況下更勝一籌，這導致了新的半導體材料 GaN 或氮化鎵的發現。

什麼是 GaN，它比矽有什麼優勢？

GaN 或氮化鎵是一種具有半導體特性的化合物，其研究可以追溯到 90 年代。在此期間，該化合物開始進入帶 LED 的電子元件領域，後來進入藍光播放器。從那時起，GaN 已被用於製造晶體管、二極管和其他一些組件。因此，從表面上看，這種材料似乎越來越接近於在不同的垂直領域取代矽。

將 GaN 與硅區分開來的區別（也是最重要的）因素之一是更寬的帶隙，這與電流通過材料的程度成正比。舉例來說，GaN 提供的帶隙為 3.4 eV，與 Silicon 的 1.12 eV 相比，它明顯更寬。因此，GaN 基本上可以承受比矽更高的電壓水平，並且可以以更快的速度傳輸能量。在安全性方面，GaN 設法比矽更好地減少散熱，這進一步擴大了現在既快速又安全的充電解決方案的範圍。簡而言之，這些優勢意味著 GaN 可以提供比矽更快的處理速度，同時具有高能效、保持相對較小的外形尺寸並保持較低的成本。

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

生產成本下降的一個原因與 GaN 組件將使用與現有矽基組件生產相同的矽製造程序有關。儘管此時您可能會注意到 GaN 器件（例如基於 GaN 的充電適配器）目前的價格略高於其矽器件。之所以如此，是因為當您必須少量生產組件或設備時，製造成本總是較高，而不是批量製造，這大大降低了生產成本。因此，一旦我們開始看到 GaN 在各種電子元件和相關技術中的應用有所增加，最終產品的最終成本將大大低於 Silicon 產品的成本。

然而，這並不是說 GaN 可以很容易地完全取代矽。因為，歸根結底，它歸結為用例場景和系統要求。例如，對於具有低溫限製或不需要更快能量傳輸的系統來說，GaN 可能不是理想的選擇。因此，矽在這樣的系統中仍然很重要。

GaN在哪裡（並且可以）在哪裡使用？

GaN 技術很快將在充電技術領域得到廣泛採用。隨著智能手機在其最新產品上推出更快的充電解決方案，並且客戶似乎很欣賞它們，我們越來越接近於越來越多的製造商希望採用 GaN over Silicon。這顯然意味著即將推出的用於筆記本電腦、平板電腦甚至智能手機的充電器將提供更大的功率（~65W），快速為設備充電，尺寸緊湊，同時使用安全。目前第三方配件製造商提供的一些基於 GaN 的充電器包括來自 RAVPower、Aukey 和 Anker 等流行品牌的充電器，僅舉幾例。

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

雖然目前 GaN 的採用並不是開創性的，但它在未來幾年肯定看起來很有希望。首先，您可以期待 GaN 將緩慢地進入 5G 網絡的進步和改進，一些專家認為這可以更好地幫助 6GHz 以下和毫米波頻率。更不用說提高網絡功率效率的需要，GaN 技術似乎比同類技術提供的效果更好。雖然 GaN 用於 5G 的用例非常多樣化，但我們在本次討論中幾乎沒有觸及表面。然而，值得一提的是，5G 網絡預期的連接速度和覆蓋範圍需要與 GaN 所承諾的類似的東西。

同樣，GaN 的潛力可以幫助改進和進步並反過來取代矽的另一個領域是電子元件，如晶體管和放大器。更不用說光電器件，包括激光器、LED 和其他一些電子器件，它們在 GaN 中看到了很大的潛力。最近，研究人員還發現了在自動駕駛汽車中使用 GaN 的潛在優勢，自動駕駛汽車嚴重依賴 LiDAR（光檢測和測距）來測量不同物體之間的距離。

是什麼阻礙了 GaN 成為主流？

雖然在更大程度上，GaN 技術在以更低的成本和更緊湊的尺寸提供更多的能量和更快的速度方面確實看起來很有前景，但仍然存在許多需要解決的不確定性和復雜性，阻礙了它取代跨越各種垂直領域的矽。其中最大的一個與它在開發 MOSFET 中的應用有關，這些 MOSFET 與基於矽的產品相比，如果不是更好的話。然而，在過去幾年中，為了改善技術的未來，正在開展研究，以找到一種讓 GaN 進入生產 MOSFET 和其他領域的方法。因此，不久我們就會看到 GaN 進入主流消費產品。