氮化鎵（GaN）是一種非常堅硬且在機械方面非常穩(wěn)定的寬帶隙半導體材料。由于具有更高的擊穿強度、更快的開關(guān)，更高的熱導率和更低的導通電阻，氮化鎵基功率器件明顯比硅基器件更優(yōu)越。

氮化鎵晶體可以在各種襯底上生長，包括藍寶石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。在硅上生長GaN外延層可以使用現(xiàn)有的硅制造基礎(chǔ)設(shè)施，從而無需使用高成本的特定生產(chǎn)設(shè)施，而且以低成本采用大直徑的硅晶片。

氮化鎵用于制造半導體功率器件,也可以用于制造射頻元件和發(fā)光二極管（LED）。氮化鎵技術(shù)展示出它可以在功率轉(zhuǎn)換、射頻及模擬應(yīng)用中，替代硅基半導體技術(shù)。

什么是高電子遷移率晶體管？

什么是高電子遷移率晶體管？HEMT）使用二維電子氣（2DEG），由不同帶隙的兩種材料之間的結(jié)點構(gòu)成。與等效硅基解決方案相比，氮化鎵基HEMT的開關(guān)更快、熱導率更高和導通電阻更低，從而允許在電路中采用氮化鎵晶體管和集成電路以提高效率、縮小尺寸并降低各種電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的成本。

在一百多年以前，當電子時代露出曙光時，功率設(shè)計工程師一直努力尋求最理想的開關(guān) -- 支持快速、高效電源轉(zhuǎn)換的開關(guān)，能夠把原始電能轉(zhuǎn)換成受控、有用的流動電子。首先出現(xiàn)的是真空管技術(shù)。

可是，由于它產(chǎn)生大量的熱量，所以能效低，而且體積大和成本高昂，使得它的應(yīng)用受限。隨后在50年代，晶體管被廣泛地應(yīng)用，它的小尺寸及具備較高效率的優(yōu)勢，使得它成為行業(yè)的“圣物”（holy grail），以及很快地替代了真空管而同時推動了龐大的、全新的市場發(fā)展，這是真空管技術(shù)所無法實現(xiàn)到的。

硅基晶體管及電子時代的來臨

硅材料很快便成為制造半導體晶體管的首選材料。這不獨是因為它本質(zhì)上具備卓越的電氣特性，其生產(chǎn)成本也較真空管為低。此后，于70及80年代，硅基晶體管及隨后的集成電路均發(fā)展迅猛。

摩爾定律的規(guī)律是晶體管的性能大約于18個月之間得以翻倍，而同時其制造成本也會降低，驅(qū)使行業(yè)得以推出具備更高性能及更低成本的全新產(chǎn)品，從而深受客戶歡迎。在功率轉(zhuǎn)換中，硅基功率MOSFET器件實踐了這個定律而成為硅基晶體管得以蓬勃發(fā)展的主要因素。

就像真空管技術(shù)一樣，硅基功率MOSFET一直以來的發(fā)展 – 實現(xiàn)更高的性能及更低的價格 - 已經(jīng)到了極限。幸運的是，市場一直要求具有極快速的開關(guān)、沒有電阻、更低的成本等優(yōu)勢的理想開關(guān)，而且可制造高性能功率轉(zhuǎn)換晶體管及集成電路的全新材料也推陳而出新。

氮化鎵半導體的快速發(fā)展

把電子性能提升至另一個更高的水平及使得摩爾定律復(fù)活的領(lǐng)先侯選原材料，就是氮化鎵材料。目前已經(jīng)被證實，與硅基器件相比，氮化鎵器件傳導電子的效率可以高出1000倍，而同時比硅基器件的制造成本較低。硅基器件的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)到了極限，而一種新興并具備較高性能的半導體材料正在冒起 - 氮化鎵材料。

幸運的是，制造氮化鎵器件的成本比制造MOSFET器件的成本為低，這是由于我們在目前用來制造傳統(tǒng)硅基半導體的相同工廠中，采用制造硅器件的標準步驟來制造氮化鎵器件，從而使得具有相同性能的氮化鎵器件的體積可以細小很多。

由于每個氮化鎵器件都比硅基器件細小很多，因此每塊晶圓可以產(chǎn)出更多的氮化鎵器件，這樣，與等效硅基器件相比，制造氮化鎵器件的成本就總是更低。當?shù)壖夹g(shù)繼續(xù)得以提升時，它與硅基器件的成本差距，將進一步擴大。

氮化鎵器件如何工作？

氮化鎵（GaN）是一種寬帶隙半導體，用于高效功率晶體管和集成電路。在GaN晶體的頂部生長氮化鋁鎵（AlGaN）薄層并在界面施加應(yīng)力，從而產(chǎn)生二維電子氣（2DEG）。2DEG用于在電場作用下，高效地傳導電子。

2DEG具有高導電性，部分原因是由于電子被困在界面處的非常細小的區(qū)域，從而將電子的遷移率從未施加應(yīng)力前約1000 平方厘米/ V·s，增加到2DEG區(qū)域中的1500至2000 平方厘米 / V·s。

與硅基解決方案相比，氮化鎵晶體管及集成電路具有的高電子遷移率，可實現(xiàn)更高的擊穿強度、更快的開關(guān)、更高的導熱率和更低的導通電阻。