MOFEST市场是否会被氮化镓取代？

　　随着氮化镓（GaN）技术在各产业中扮演起重要的角色，中国政府已积极透过资助计画、研发补助以及激励政策等方式来支持氮化镓技术在中国的发展。此外，中国近年来出现了许多专注于研发氮化镓的公司，并且包括复旦大学、南京大学、浙江大学及中国科学院等大学或研究机构也积极地投入氮化镓相关领域的研究及发展。

　　目前中国是宜普公司（EPC）的第二大市场，它在企业运算（Enterprise Computing）、进阶自动驾驶（Advanced Autonomy）和智慧移动（eMobility）等氮化镓应用的领域当中具有快速成长的优势。 宜普公司认为，若企业想在产业中保持领先的竞争优势，唯有的关键就是不断的创新。此外，氮化镓在未来必然会取代电压650伏特以下的金属氧化物半导体场效电晶体（MOFEST）市场，而该市场目前价值数十亿美元。最后，公司若能够加速现况的转变，并且研发出现今矽半导体无法满足的性能、尺寸以及具有成本优势的产品，这将能够维持或增强这些公司在氮化镓领域上的竞争力。

　　尽管中国企业在氮化镓的研发上已经投入大量的资金，但在GaN技术方面却没有处于领先地位。至目前为止，中国企业在氮化镓技术的发展上仍然落后于宜普（EPC）以及纳微半导体（Navitas）等公司。 放眼未来，宜普公司一直致力于制造比硅功率元件拥有更高性能、成本更低的氮化镓功率元件。宜普公司早在2010 年3 月就开始生产第一个氮化镓系列产品，也相当于领先同行业者好几年。我们作为增强型（常闭型）氮化镓功率电晶体技术的开创者，并在2014年首次推出氮化镓功率集成电路。此外，宜普更是出版了《氮化镓电晶体–高效功率转换元件》与《氮化镓功率元件和应用》两本教科书，而这两本教科书也被大学广泛用于培养下一代的电力电子技术人员。宜普公司目前也正在加速开发对于速度及尺寸特性极为要求的400 伏特以下市场。

　　氮化镓（GaN）半导体详解

　　氮化镓（GaN）是一种非常坚硬且在机械方面非常稳定的宽带隙半导体材料。由于具有更高的击穿强度、更快的开关、更高的热导率和更低的导通电阻，氮化镓基功率器件明显比硅基器件更优越。氮化镓晶体可以在各种衬底上生长，包括蓝宝石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。在硅上生长GaN外延层可以使用现有的硅制造基础设施，从而无需使用成本很高的特定生产设施，而且可采用低成本、大直径的硅晶片。

　　氮化镓材料用于制造半导体功率器件，也可以用于制造射频元件和发光二极管（LED）。氮化镓技术展示出它可以在功率转换、射频及模拟应用中，替代硅基半导体技术。 其中，高电子迁移率晶体管（HEMT）使用二维电子气（2DEG），由不同带隙的两种材料之间的结点构成。与等效硅基解决方案相比，氮化镓基HEMT的开关更快、热导率更高和导通电阻更低，因此在电路中采用氮化镓晶体管和集成电路，可提高效率、缩小尺寸并降低各种电源转换系统的成本。

　　在一百多年以前，当电子时代露出曙光时，功率设计工程师一直努力寻求最理想的开关以支持快速、高效电源转换的开关，能够把原始电能转换成受控、有用的流动电子。首先出现的是真空管技术。可是，由于它产生大量的热量，所以能效低，而且体积大和成本高昂，使得它的应用受限。随后在50年代，晶体管被广泛采用，它的小尺寸及具备较高效率的优势，使它成为行业的“圣物”（holy grail），以及很快地替代了真空管而同时推动了庞大的、全新的市场发展，这是真空管技术所无法实现到的。

　　硅材料很快便成为制造半导体晶体管的首选材料。这不独是因为它本质上具备卓越的电气特性，其生产成本也比真空管低很多。此后，于70及80年代，硅晶体管及随后的集成电路发展迅猛。摩尔定律的规律是晶体管的性能大约于18个月之间得以翻倍且其制造成本也会降低，驱使行业得以推出具备更高性能及更低成本的全新产品，从而深受客户欢迎。在功率转换中，硅基功率MOSFET器件实践了这个定律而成为硅基晶体管得以蓬勃发展的主要因素。

　　就像真空管技术一样，硅基功率MOSFET一直以来的发展–实现更高的性能及更低的价格-已经到了极限。幸运的是，市场一直需求具有极快速的开关、没有电阻、更低的成本的理想开关，而可实现高性能功率转换晶体管及集成电路的全新材料也推陈而出新。 把电子性能提升至另一个更高的水平及使得摩尔定律复活的领先侯选原材料，就是氮化镓材料。

　　目前已经被证实，与硅基器件相比，氮化镓器件传导电子的效率可以高出1000倍，而同时比硅器件的制造成本较低。硅器件的技术发展已经到了极限，而一种新兴并具有较高性能的半导体材料正在冒起–它就是氮化镓半导体。 幸运的是，制造氮化镓器件的成本比制造MOSFET器件的成本为低，这是由于目前用来制造传统硅基半导体的相同工厂中，采用制造硅器件的标准步骤来制造氮化镓器件，从而使得具有相同性能的氮化镓器件的体积可以小型化很多。由于每个氮化镓器件都比硅基器件小很多，因此每块晶圆可以生产出更多的氮化镓器件，这样，与等效硅基器件相比，制造氮化镓器件的成本就总是更低。当氮化镓技术继续得以提升时，它与硅基器件的成本差距，将进一步扩大。

　　氮化镓材料推动了具有更高性能的晶体管及集成电路的出现，目前是勇于创新的功率设计工程师的最佳时机，于他们的设计中，采用并发挥氮化镓器件的优势，包括：

　　更低的导通电阻，从而实现更低的传导损耗

　　更快的开关以实现更低的开关损耗

　　更小的电容在对器件进行充电及放电时，可实现更低的损耗

　　需要更少的功率来驱动电路

　　更小的器件可以减小解决方案于印刷电路板上的占板面积

　　更低的成本

　　编辑：黄飞