您可能沒有聽說過氮化鎵（GaN，gallium nitride），但氮化鎵（GaN，gallium nitride）正在迅速成為智能手機領(lǐng)域中越來越重要的技術(shù)。這種下一代半導體材料很可能會出現(xiàn)在您的下一個智能手機充電器以及城鎮(zhèn)中的新5G無線電發(fā)射塔中。

包括GV（前Google Ventures）在內(nèi)的公司多年來一直在向GaN研究投入資金，而這些投資似乎正在分紅。這里有您需要了解的有關(guān)氮化鎵的所有信息，以及為什么要引起關(guān)注。

什么是氮化鎵，它能提供什么？

氮化鎵（GaN，gallium nitride）是一種具有半導體特性的化合物，其研究可追溯到1990年代。使用GaN制造的電子組件包括二極管，晶體管和放大器。這使它與硅（您可能已經(jīng)聽說過的最流行的半導體材料）屬于同一元素周期族。 GaN具有更寬的“帶隙（band-gap）”，因此與硅基電子產(chǎn)品相比具有許多優(yōu)勢。帶隙本質(zhì)上衡量的是能量通過材料的難易程度。

GaN的特性包括更高的溫度限制，高功率處理能力，以及電子遷移率是硅的1,000倍。但是，GaN并不真正適合直接替代當今小終端設(shè)備中用于低功耗應(yīng)用處理器的硅晶體管。取而代之的是，GaN的效率在更高功率的情況下（其3.4eV與1.1eV帶隙確實發(fā)揮作用）最有利。

GaN是優(yōu)于硅的半導體，但價格更高。

GaN在終端設(shè)備領(lǐng)域顯得特別有前途的是5G天線無線電和電源技術(shù)以及超快速充電配件。要記住的關(guān)鍵是，與傳統(tǒng)的硅部件相比，GaN在較小的面積內(nèi)具有更好的熱效率和功率效率。

氮化鎵充電器

智能手機用戶越來越熟悉快速充電技術(shù)。 30W至40W現(xiàn)在很普遍，而有些公司甚至在推動60W充電。這些高功率充電器雖然不笨拙，但它們的尺寸已經(jīng)開始逐漸增大，并且比其低功率充電器更耗散（浪費）了更多的熱量。

氮化鎵充電器

改用GaN可以縮小充電器的尺寸，同時還可以確保更涼爽，更安全的充電。使用氮化鎵材料可將功率從充電器更有效地傳遞到設(shè)備。在高功率設(shè)備中，這一點尤為重要。例如，與電話相比，筆記本電腦需要更多的電量來充電，并且常常與大功率磚塊混在一起。 GaN可以使筆記本電腦和其他大功率電子設(shè)備免費使用較小的充電器。

氮化鎵充電器更小，效率更高。

例如，Belkin的新型GaN充電器可將電源效率提高40％。它們?yōu)楣P記本電腦提供30W，60W和68W的功率，其外形尺寸不超過傳統(tǒng)的低功耗充電插頭。 Anker還通過其PowerPort Atom系列（如上圖）達到60W來采用GaN技術(shù)，Aukey也提供其Omnia充電器系列。

有了氮化鎵，筆記本電腦的充電器就不必像一塊大磚頭了。盡管該技術(shù)比傳統(tǒng)的半導體材料要貴一點，所以不要指望每個制造商都立即進行轉(zhuǎn)換。

GaN和5G

氮化鎵還有助于應(yīng)對5G無線技術(shù)的技術(shù)挑戰(zhàn)。在更高的頻率上對更多帶寬的需求需要更多的功率和熱量，而GaN非常適合處理。

GaN（氮化鎵） 5G基站天線

回想一下GaN與硅基化合物器件相比具有更高的電子遷移率。這使其成為低于6GHz甚至甚至超過10GHz至100GHz的毫米波頻率的合適材料。加上高功率和散熱特性，該化合物在滿足關(guān)鍵5G基站要求方面超過了硅。

氮化鎵還有助于應(yīng)對5G無線技術(shù)的技術(shù)挑戰(zhàn)。在更高的頻率上對更多帶寬的需求需要更多的功率和熱量，而GaN非常適合處理。

回想一下GaN與硅基化合物相比具有更高的電子遷移率。這使其成為低于6GHz甚至甚至超過10GHz至100GHz的毫米波頻率的合適材料。加上高功率和散熱特性，該化合物在滿足關(guān)鍵5G基站要求方面超過了硅。

諸如功率放大器和無線電前端之類的基于GaN的電子產(chǎn)品可能會出現(xiàn)在廣泛的5G設(shè)備中。從利用GaN較小特征尺寸的微蜂窩基站到主要關(guān)注熱量浪費的大型發(fā)射器，一應(yīng)俱全。氮化鎵在其他耗電的5G技術(shù)中也可能至關(guān)重要。包括包絡(luò)跟蹤和波束成形天線陣列。

各種半導體材料的對比

氮化鎵的最大缺點再次是其成本和對市場的不熟悉。 盡管研究逐漸使該技術(shù)變得更加負擔得起，但對于超高頻mmWave技術(shù)，其優(yōu)勢最為明顯。 在6Ghz以下5G方面，GaN可能很難與硅的規(guī)模經(jīng)濟競爭。

總而言之，氮化鎵可能是用于提高新興5G技術(shù)效率的關(guān)鍵材料。 還要注意下一個電源適配器中的GaN。 在快速充電市場中，它已經(jīng)是一個成長中的參與者。