氮化镓将走向何方？

增强型氮化镓 (GaN) 晶体管已商用五年多。市售的 GaN FET 设计为比最先进的硅基功率 MOSFET 具有更高的性能和更低的成本。这一成就标志着 60 年来第一次在性能和成本方面任何技术都可以与硅相媲美，并标志着古老但老化的功率 MOSFET 的最终取代。

在过去五年中，使用 GaN FET 的应用数量呈指数增长。它们最初旨在提高隔离式和非隔离式 DC-DC 转换器的效率。但是，由于 GaN FET 的超快开关速度，令人惊讶的新应用已经浮出水面。GaN 技术支持的新应用示例包括用于自动驾驶汽车的高分辨率 LiDAR、增强的人机界面、用于 4G/LTE 等无线网络的 RF 包络跟踪、无需电源线的无线电力传输以及高分辨率 MRI更精确地隔离人体组织不规则性的系统。GaN FET 还展示了在极端辐射环境中运行的能力，这为卫星电源系统开辟了许多新的可能性。

除了这些全新的应用之外，GaN 晶体管在高效 DC-DC 转换器方面也取得了长足的进步。通常，基于 GaN FET 的系统的性能远远优于基于硅的系统，其尺寸总是更小、效率更高，并且已被证明非常可靠。 

作为GaN技术快速发展的一个例子，2014年9月，我公司推出了第一款增强型GaN集成电路。这是一个单片半桥器件系列，可进一步提高系统速度和功率密度。更复杂的 IC 将随之而来。GaN 技术的开发和应用进展非常迅速，让人想起硅基数字 IC 中的摩尔定律。

许多预测机构，例如 IHS 和 Yole Development，都预测到 2021 年 GaN 晶体管的收入将超过 10 亿美元。我们预测，在 GaN FET 首次面世时甚至还不存在的新的最终用途应用将几乎占到 GaN 晶体管的一半。  

GaN技术正在引领电力电子创新的新纪元。与传统的硅基 MOSFET 相比，GaN 晶体管更可靠、更快、更小且制造成本更低，为全新产品提供了新的可能性，从而改善了我们的日常生活。

氮化镓器件可以替代硅器件吗？

氮化镓基功率晶体管和集成电路的最初应用是利用硅基氮化镓晶体管具备比MOSFET快约10倍和比IGBT快100倍的优势，例如4G / LTE基站的射频包络跟踪和面向全自动驾驶汽车、机器人、无人机和安防系统的激光雷达系统等应用，它们是发挥高速开关的氮化镓器件的首批应用。 此后，产量不断增长，目前氮化镓功率器件的价格与具有相同导通电阻的MOSFET器件相约。 这使得传统应用诸如用于数据中心和计算的48 V DC/DC转换和多种汽车应用，可以采用基于氮化镓器件的解决方案。

数据中心服务器

云的增长迫使数据中心相应增长，而数据中心是能源的主要消耗者。 减少功耗的一种方法是在输入至负载点应用，去除一个功率转换级。目前通常使用两级转换：从背板上的48 V转换到配电所需的12 V，以及对数字晶片供电时，转换至大约1 V。凭借氮化镓器件具有快速开关、小尺寸和更高的效率的优势，电源设计人员现在能够直接将48 V转换为负载点所需的1 V范围之内，而不需要在12 V转换。 由于支持云基础架构所需的计算能力和数据中心的迅速发展，因此，采用这种单级转换架构以大大节省能源的潜力庞大。

全自动驾驶车辆/扩增实境（AR）

其中让人感到兴奋并可瞥见未来的应用是全自动驾驶车辆。如果您仔细看，您会看到在车顶上安装了用作车辆的“眼睛”的激光雷达（lidar）系统。lidar器件快速发射出控制光束，以及纪录光束从一个物体上反射回来到传感器的时间，并且可以确定这个物体的方向，从而制成在车辆四周的三维360度全景。激光光束的发射速度越快，lidar系统识别物体的能力或场景的分辨率将会更高。 氮化镓技术在lidar系统中发挥非常重要的作用 - 与可比的硅基组件相比，氮化镓器件以更高的速度发射激光信号。

与推出市场已经超过70年的硅基器件相比，氮化镓技术的发展才刚刚开始，并且在过去数年间才商用化。此外，如本文所分析，利用氮化镓技术的高效、快速开关及小尺寸等卓越优势的新兴应用已经出现。当氮化镓技术的学习曲线的速率加快、它的最终用途变得更为广泛及随着氮化镓技术年复一年不断的发展和完善，它将会为整个产业带来光明的前景。