近几年来，越来越多的人在使用手机快充充电器的时候可能不经意间会发现氮化镓（GaN）这个专业名词。那么，它到底是什么？

氮化镓与碳化硅是第三代半导体的两大“门面”，这二者具备高频、高效、高功率、耐高压、耐高温、抗辐射能力强等优越性能。而比起碳化硅器件，氮化镓功率器件在同时对效率、频率、体积等综合方面有要求的场景中，还更有优势，手机快充充电器就是其中一个成功应用范例。

如今，我国氮化镓产业发展迅速，产业链国产化日趋完善，多家国内企业已拥有氮化镓晶圆制造能力。随着下游新应用规模爆发，以及氮化镓衬底制备技术不断取得突破，氮化镓器件有望持续放量，将成为降本增效、可持续绿色发展的关键技术之一。

未来，氮化镓也将不再局限于快充等消费电子市场，可广泛应用于通信、计算机、消费电子、汽车电子、航空航天、国防军工等传统产业领域。专家认为，由于其商业化进展快，将领跑第三代半导体市场。

参考Market and Market 、Yole等机构的增长幅度测算，预计到2026年全球氮化镓元件市场规模将增长到423亿美元，即突破千亿人民币，年均复合增长率约为13.5%。

“后来者居上”的第三代半导体材料氮化镓

众所周知，第一代半导体材料代表是硅，主要解决数据运算、存储的问题；第二代半导体材料以砷化镓为代表，它被应用到于光纤通讯，主要解决数据传输的问题；而第三代半导体，除了碳化硅，就是近几年声名鹊起，后来者居上的“氮化镓”了。

氮化镓作为第三代半导体材料的前沿代表，与前代半导体材料相比，多项指标有显著提升。氮化镓是氮和镓的化合物，需要由人工合成，结构类似纤锌矿。

从特性上来看，作为时下新兴的半导体工艺技术，氮化镓具有超越硅的多种优势。与传统的硅材料相比，氮化镓(GaN)具有禁带宽度大、击穿电场强、导通电阻低、电子迁移率高、转换效率高、热导率高、损耗低等优点。

在早期，氮化镓广泛运用于新能源汽车、轨道交通、智能电网、半导体照明、新一代移动通信等。随着技术突破，成本逐渐得到控制，目前氮化镓还被广泛运用到消费类电子等领域，上文提到的充电器便是其中重要的一项。

随着相关技术不断取得突破，未来，氮化镓不再局限于快充等消费电子市场，可广泛应用于通信、计算机、汽车电子、航空航天、国防军工等传统产业领域。

快充领域的“明星技术”

氮化镓真正称王还是在快充和射频领域。因为其拥有高饱和电子漂移速率、高临界击穿电场等优越的电学性质，所以，采用氮化镓功率芯片的充电器具有高开关速度、充电效率高、散热快、体积小巧等明显优势，被广泛应用在手机、笔记本电脑等个人移动充电设备中。如今，氮化镓已经成功导入手机内部电源管理。

数据显示，氮化镓的应用加速了快充充电器的市场发展，2022年的快充渗透率提升至24％，全球市场规模达到27.43亿美元。预计到2026年，国内氮化镓充电器市场规模将上升至50亿元。小米、华为、努比亚等手机厂商开始入局氮化镓充电器市场，氮化镓充电器市场已经进入百花齐放的时代。

“目前，氮化镓技术已经成为消费电子充电领域的‘明星’。”孙毅表示。

在射频领域，Yole的数据显示，氮化镓射频器件市场规模将从2020年的8.91亿美元增长到2026年24亿美元，复合年均增长率为18%，其中电信基础设施是氮化镓射频器件的主要驱动力。并且除了中国，日本、韩国、美国等国家和地区也在积极布局5G和6G，氮化镓射频市场亟待爆发。

“5G通信将成为氮化镓射频器件未来主要市场应用领域。”合肥芯谷微电子有限公司副总经理黄军恒表示，GaN-on-SiC技术是氮化镓射频器件当前采用的主要技术，部分采用GaN-on-Si技术。半绝缘型碳化硅衬底适用于做射频氮化镓器件，氮化镓射频应用的碳化硅基氮化镓外延片4英寸和6英寸并存，海外6英寸代表企业有Wolfspeed、Qorvo、NXP，4英寸代表企业为住友电工。

国产企业实现效率和成本双提升

在“如何实现更快、更大规模的氮化镓应用推广”这个关乎产业效率的问题上，誉鸿锦半导体通过回归产业价值的本质，提出”产业价值=能效提升-替换成本>0“的解题思路，认为高性能是推动应用创新的动力，而低成本则是推动应用普及的基础。目前行业现状是，全球诸多厂商都在积极推进氮化镓技术应用的普及，其中海外厂商更多的策略重心是高性能器件的应用，国内厂商则更多是通过常规器件的低成本来推广氮化镓应用。

从材料成本来说氮化镓（GaN）器件并不会比硅基器件昂贵。誉鸿锦认为氮化镓渗透率依然低的原因，并不是很多人所认为的氮化镓器件规模仍然不足，导致成本均摊困难。因为规模是结果而并非原因，本质问题出现在产业效率上，只有把系统效率提升，才能用更低的成本推动器件的大规模应用。只有从第一性原理出发，搞清楚氮化物半导体的材料原理才能实现正向的研发和工艺，也就是我们俗说的KNOW HOW，这样才能把器件研发效率提升，同时还需要掌握设备的优化能力来配合器件的制造需求，把良率提升，生产效率提升，也减少后期分选封测的工作量，再通过对工艺制程的理解来实现核心设备的国产替代和自研，进一步降低产线的成本，并最终通过全流程IDM集成的方式减少过程中的时间成本和经济成本的损耗。最终实现匹敌于硅器件的产业链效率和成本。

为此誉鸿锦半导体在创立之初，就组建产业奠基人级的技术团队，其首席科学家邵春林博士为现场观众分享自己作为中国最早开展氮化镓技术研发和产业化的历史，参与开发了最早的MOCVD设备，以及参与主导了誉鸿锦半导体的规划与建设和技术创新。并展示了誉鸿锦目前实现的极低外延翘曲控制、均匀性的GaN层厚度以及精准可控的载流子调控等自主关键技术能力。并具备在氮化镓、硅、碳化硅和蓝宝石衬底上外延生长氮化镓材料的技术矩阵，和功率电子、激光与显示、射频全产品能力。体现了誉鸿锦强大的基于KNOW HOW的正向研发能力，可以根据目标需求，自由选择甚至开拓新的技术路线，并实现快速制样和验证，直至导入量产。

凭借85%平均量产良率获得高一致性器件，高集成度IDM-7天制造周期、高研发效率使时间缩短2/3，自研设备和设备国产化使成本降低2/3，终端应用产业群集成，誉鸿锦实现了“产业效率革命=高良率x IDM整合x高研发效率x设备降本x快速应用验证”。现场播放的工厂全线实拍视频，展示了誉鸿锦在行业里数量最多、工序最为齐全的设备产线，并第一次提出了包括设备&材料端、自主全流程IDM、销售与技术服务体系群以及终端产品应用生态链的Super IDM产业集群概念，即“Super IDM产业集群 = 上游设备材料+IDM+终端技术应用+零售服务生态链”。基于该产业集群的深度耦合，实现上游设备自主可控、成本下降，IDM环节极致效率，应用终端快速导入和批量验证，实现推动氮化镓产业快速普及的产业目标。

文章来源： 中国电子报，全球半导体观察，中国科技信息