为什么氮化镓能够成为第三代半导体的核心材料啊？

Question

为什么氮化镓能够成为第三代半导体的核心材料啊？

Answer 1

为什么氮化镓能够成为第三代半导体的核心材料啊？半导体技术在不断提升，端设备对于半导体器件性能、效率、小型化要求的越来越高。寻找硅（Si）以外新一代的半导体材料也随之变得更加重要。在50多年前被广泛用于LED产品的氮化镓（GaN），再次走入大众视野。特别是随着5G的即将到来，也进一步推动了以氮化镓代表的第三代半导体材料的快速发展。

射频功率放大器（PA）作为射频前端发射通路的主要器件，通常用于实现发射通道的射频信号放大。5G将带动智能移动终端、基站端及IOT设备射频PA稳健增长，智能移动终端射频PA市场规模将从2017年的50亿美元增长到2023年的70亿美元，复合年增长率为7%，高端LTE功率放大器市场的增长，尤其是高频和超高频，将弥补2G/3G市场的萎缩。

GaN器件则以高性能特点广泛应用于通信、国防等领域，在5G 时代需求将迎来爆发式增长。

氮化镓的前世今生

氮化镓，分子式GaN，是氮和镓的化合物，是一种直接能隙（direct bandgap）的半导体，属于极稳定的化合物，自1990年起常用在发光二极管中。它的坚硬性好，还是高熔点材料，熔点约为1700℃，GaN具有高的电离度，在Ⅲ—Ⅴ族化合物中是最高的（0.5或0.43）。在大气压力下，GaN晶体一般是六方纤锌矿结构。

1998年中国十大科技成果之一是合成纳米氮化镓；

2014年3月，美国雷声公司氮化镓晶体管技术获得突破，首先完成了历史性X-波段GaN T/R模块的验证；

2015年1月，富士通和美国Transphorm在会津若松量产氮化镓功率器件；2015年3月，松下和英飞凌达成共同开发氮化镓功率器件的协议；同月，东芝照明技术公司开发出在电源中应用氮化镓功率元件的卤素LED灯泡；

2016年2月，美国否决中资收购飞利浦，有无数人猜测是美帝在阻止中国掌握第三代LED氮化镓技术；

2016年3月，科巴姆公司与RFHIC公司将联合开发GaN大功率放大器模块。

GaN是第三代半导体材料，相比于第一代的硅（Si）以及第二代的砷化镓（GaAs）等，它具备比较突出的优势特性。由于禁带宽度大、导热率高，GaN器件可在200℃以上的高温下工作，能够承载更高的能量密度，可靠性更高；较大禁带宽度和绝缘破坏电场，使得器件导通电阻减少，有利与提升器件整体的能效；电子饱和速度快，以及较高的载流子迁移率，可让器件高速地工作。

也就是说，利用GaN人们可以获得具有更大带宽、更高放大器增益、更高能效、尺寸更小的半导体器件。

Answer 2

氮化镓（GaN）之所以成为第三代半导体的核心材料，原因如下：

1. 宽禁带宽度：GaN具有较宽的禁带宽度，通常大约为3.4电子伏特（eV）。这意味着GaN在高电场下仍能保持绝缘特性，这对于高功率、高温度应用非常有利。与硅（Si）和碳化硅（SiC）等传统半导体材料相比，GaN的宽禁带宽度使其更适用于高功率、高频率、高温度工作的环境。

2. 高电子迁移率：GaN材料中的电子具有高迁移率，这意味着它们能够以更高的速度在材料中移动，从而提供更高的电子流动速度。这使GaN器件在高频和高速应用中具有优势，如射频电子和功率电子应用。

3. 高电子饱和漂移速度：GaN具有高电子饱和漂移速度，这意味着在高电场下，电子可以以更高的速度移动而不失去速度。这对于高电压和高功率应用非常重要，如电源转换器和功率放大器。

4. 高工作温度：GaN器件通常能够在高温环境中工作，使其适用于高温应用，如高温电子、照明和电动汽车。

5. 高效能耗：GaN器件具有低导通电阻，因此在开关应用中能够提供高效能耗。这对于电源转换器和功率放大器等应用非常重要。

6. 射频和微波性能：GaN器件在射频和微波频段中表现出色。这使其适用于通信系统、雷达、射频放大器和无线电设备等领域。

7. 广泛的应用领域：GaN广泛应用于电源转换、通信、照明、雷达、光电子和无线电等多个领域。它已经取代了一些传统半导体材料，因为它在多个关键性能参数上具有优势。

GaN由于其一系列出色的电子特性，使其成为第三代半导体的核心材料。它在高频、高功率和高温应用中具有巨大的潜力，并在多个领域中得到广泛应用。

Answer 3

因为氮化镓具有很多独特的优势，比如说高电压、高功率、高禁带、高带宽等等，4英寸半极性氮化镓材料的量产，已经率先由利亚德参股的Saphlux公司完成了，未来发展可期啊。本回答被提问者采纳