在電力電子領(lǐng)域，諸如氮化鎵（GaN）之類的化合物半導(dǎo)體正試圖取代以硅為基礎(chǔ)的功率器件，因此受到了越來越多的關(guān)注，在過去30多年的時間里，硅基功率器件一直在繁重的工作中，不難看出為什么。GaN具有驚人的寬帶隙，出色的擊穿場（比硅大十倍），并且導(dǎo)熱率比硅好得多，因此，對于任何高速和高功率應(yīng)用而言，GaN都是合乎邏輯的選擇。如果沒有基于化合物半導(dǎo)體的不間斷電源（UPS）系統(tǒng)，尖叫的基于硅的快速微處理器就毫無用處。

氮化鎵的狀態(tài)

電力電子產(chǎn)品是一個每年900億美元的市場（正如我們在本系列第一部分中對基于硅的電力電子產(chǎn)品的緊湊建模關(guān)注所討論的那樣），并且如圖1所示，硅成為唯一的電力電子產(chǎn)品市場只是因為它能夠在那兒買路！

圖1.氮化鎵和Sslicon在各種性能指標(biāo)上的比較。

無可否認(rèn)，硅具有成本優(yōu)勢。氮化鎵制造成本較高的最大因素是晶片成品率。硅制造技術(shù)已經(jīng)足夠成熟，可以大規(guī)模生產(chǎn)直徑達(dá)18英寸的晶片，而GaN晶片仍在6英寸的晶片上制造。GaN制造的基底選擇范圍從硅或藍(lán)寶石基底（便宜但較大的晶格失配和非常大的熱膨脹系數(shù)）到碳化硅（SiC）基底（較低的晶格失配但成本高昂）。也就是說，即使當(dāng)今的市場價格有利于硅，但通過部署基于GaN的電子產(chǎn)品所帶來的效率提高以及節(jié)電的節(jié)省將在未來幾年內(nèi)侵蝕硅的成本優(yōu)勢。

圖2.在概念的不同階段中跨電壓和電流的基于GaN的應(yīng)用。

圖2描繪了當(dāng)今使用GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）的各種應(yīng)用的快照。GaN HEMT已在低功率或中功率消費UPS中使用，該系統(tǒng)可在電網(wǎng)電源故障的情況下將電池中存儲的能量從DC轉(zhuǎn)換為AC。此外，由于GaN具有出色的開關(guān)損耗和雙向電流流動性，因此已在電信系統(tǒng)的功率因數(shù)校正（PFC）單元和負(fù)載點穩(wěn)壓器中進(jìn)行了商業(yè)部署（其中線性或DC / DC穩(wěn)壓器需要放置得很近）。盡可能使用它們）?；贕aN的電動汽車充電系統(tǒng)（認(rèn)為是Tesla），用于工業(yè)應(yīng)用的大功率UPS系統(tǒng)，電機驅(qū)動器和光伏逆變器已經(jīng)處于原型開發(fā)階段。關(guān)鍵要點在于，由于固有的性能指標(biāo)不佳（圖1），GaN器件有望革新和小型化硅甚至無法競爭的應(yīng)用（圖1），這反過來將補貼GaN的制造成本，并使其價格與硅具有競爭力。在不久的將來將GaN廣泛應(yīng)用于電氣系統(tǒng)中，將類似于在購買本田思域汽車時獲得類似法拉利的性能。

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