2017/09/08
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除了石墨烯，你也应该知道氮化镓该怎么用
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......氮化镓正以其自身的优势不断虏获这各大公司的心，正在站在科技前沿的你，除了知道石墨烯，也应该了解氮化镓都用在了什么领域。
中村用氮化镓突破蓝光LED发展
你们一定还记得2014年，中村修二获得以在蓝光LED方面做出的贡献而获得诺奖的事情，其中氮化镓正是推动了蓝光LED向前发展的重要新型材料。说到提到这里，最为人津津乐道的是开发蓝光LED时，氮化镓和碳化矽两大之争，当时许多大公司都投入碳化矽研发，最后还是日本的一家化学公司的研发员中村修二于1994年和1995年，在氮化镓研究方面获得重大突破，并取得震惊全球的专利。这位研发人员的重大突破，引发了包括Sony及Toshiba等大厂的最高主管都出面为自己所做的错误决策导致技术落後而道歉。中村修二取得的技术突破，让氮化镓阵营正式快速超越碳化矽。
如今，一片2英寸的氮化镓晶片可以生产出1万盏亮度为节能灯10倍、发光效率为节能灯3-4倍、寿命为节能灯10倍的高亮度LED照明灯，也可以制造出5,000个平均售价在100美元以上的蓝光激光器，至此，氮化镓在确立了其在光电领域的重要地位。
氮化镓技术改善微波治疗方法
在医疗行业，GaN技术主要通过探头利用微波能量杀灭癌变组织的微波治疗，相比于传统手段，其治疗速度快、副作用小、定向性高、不破坏正常组织的优越性，成为治疗癌症的更理想选择，这一特性也使得紧凑型微波功率系统的市场得以稳步发展。与现有技术相比，氮化镓的优势在于更高的漏极效率、更大的带宽、更高的击穿电压和更高的结温操作更高的工作温度、更高的击穿电压、更强的抗辐射能力、更高的电子漂移饱和速度和更强的压电性与铁电性，并能实现更好的异质结构，这些特点经常作为推动其批量生产的重要因素。2.5GHz以下的各频段，硅横向扩散金属氧化物半导体(场效应器件)和砷化镓仍占有着举足轻重的地位。
回收火箭的SpaceX运用氮化镓技术征服太空
SpaceX公司的CEO Elon Musk就将其使命设定为把物体放到太空中的成本以数十倍计的减少幅度降低。随着GaN技术被应用到卫星，可以缩小电子设备的体积尺寸，省去对屏蔽的需求，大幅改善板上酬载的性能。
由于氮化镓是高功率密度器件，因此它在非常狭小的空间内散发热量，形成高热通量,氮化镓在器件层面的热通量比太阳表面的热通量还要高五倍。这也是氮化镓器件的热设计如此重要的原因。在太空中使用的电源转换器，必须要有能耐承受辐射所造成的损害。在电气性能方面，氮化镓场效应晶体管好40倍，本身能够承受老化的辐射耐受功率MOSFET的10倍的辐射。
氮化镓开关功率晶体管可实现全新电源应用
GaN技术可以在安全的频率上实现高效的电力传输，这对硅晶体管而言，是一件艰难的工作。将GaN技术带到更高的电压和更高的频率，可以扩展无线电力传输的距离。
氮化镓晶片还可以被应用在电力电子器件，使得系统能耗降低30%以上。基于GaN的开关功率晶体管可实现全新电源应用，与之前使用的硅材料晶体管相比，在高压下运转时，性能更高，损耗更低。GaN器件使用的是一种适合于现有硅制造流程的硅上氮化镓工艺。如果尺寸更为小巧的GaN器件能够实现同样的电流功能，那么最终GaN晶体管就会和硅材料晶体管具有同样性价比。这将增大GaN器件对于大型工业设备到最小型手持类设备等各类系统的吸引力。由于它在这些方面的优点，GaN将首先在更高性能电源设计中占据一席之地。这些设计在工作频率和精确开关特性方面要求严格。
氮化镓在射频通信中应用
它也将是未来微波通信的核心材料，并使得同样面积的微波基站传输覆盖面积比目前至少提升一倍以上。氮化镓晶体管技术最有可能的长期客户是国防市场和卫星通信市场。由于出色的物理特性，氮化钾射频设备在功率放大器展示出了出色的特质，尤其是在变频启动到3.5GHZ。氮化钾主要用在高功率的场合，由于功率密度比较高，每个环节都会产生热阻，所以散热是一个很复杂的问题。氮化钾行业目前已经开始用于移动基站的功率放大器上。
2014年，美国雷神公司宣布其公司在下一代氮化镓射频半导体技术领域又取得一重大里程碑，研制出金刚石基GaN器件。金刚石做衬底材料，可将器件的热传导能力提升3～5倍，从而显著减少雷达、电子战装置等国防系统的成本、尺寸、重量和功耗。金刚石基GaN器件可使晶体管功率密度比传统SiC基GaN器件增加3倍，克服了阻碍氮化镓器件发挥潜力的主要障碍。该数据由10×125微米金刚石基GaN高电子迁移率晶体管测得，HEMT是组成单片微波集成电路功率放大器的基本单元，是固态射频发射器和有源电子扫描阵列的基础。
接着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，用于175千瓦固态发射机原理样机。美国与韩国开始正式合作将氮化镓用于军事雷达。
除了碳化硅和碳化矽，氮化镓还撕过砷化镓
砷化镓作为与氮化镓比肩的新型材料，同样也没有逃过被氮化镓撕x的魔抓。下面来让我们看看氮化镓相对于砷化镓的优势都有哪些？
氮化镓器件提供的功率密度比砷化镓器件高十倍：由于氮化镓器件的功率密度较高，因此可以提供更大的带宽、更高的放大器增益，并且由于器件尺寸的减少，还可提高效率。
氮化镓场效应管器件的工作电压比同类砷化镓器件高五倍：由于氮化镓场效应管器件可在更高电压下工作，因此在窄带放大器设计上，设计人员可以更加方便地实施阻抗匹配。
氮化镓场效应管器件提供的电流比砷化镓场效应管高二倍：由于氮化镓场效应管器件提供的电流比砷化镓场效应器件高二倍，因此氮化镓场效应器件的本征带宽能力更高。
总结一下，氮化镓南征北战纵横半导体市场多年，无论是吊打碳化矽，还是PK砷化镓。氮化镓凭借其禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越性质，稳稳地占领了理论上电光、光电转换效率最高的材料体系，确立了其在制备宽波谱、高功率、高效率的微电子、电力电子、光电子等器件方面的领先地位。
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