GaN快充到底神奇在哪里？

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　　1 GaN快充到底好在哪里？
　　2月13日小米10线上发布会中，除了手机，还有一个就是使用了氮化镓（GaN）功率器件的65W充电器。
　　现在快速充电已经成为了必须，5分钟充满电成了每个人的美好愿望。
　　充电速度越快代表了功率越大，相应的充电器内部的温度就会越高，解决散热问题就需要牺牲充电器的体积。往往功率越大的充电器，体积越大，重量越来，携带越不方便。
　　资料来源：中信证券研究部
　　功率越大温度越高，带来就海域安全隐患。温度的升高，充电器内部容易因发热引起短路，严重时甚至会导致充电器爆炸和火灾。
　　传统充电器使用的是硅材料，在功率和散热问题向都已经走向了极限。而GaN材料正好能够很好的解决这两个问题。GaN材料耐高压，耐高温且散热好，所以功率大又不需要牺牲体积。
　　资料来源：电子发烧友
　　2 GaN材料是什么？
　　GaN是一种半导体材料，所谓的半导体就是介于导体和绝缘体之间的一种物质，我们知道导体（比如金属）导电，绝缘体（比如塑料）不导电。半导体介于两者之间，它的导电性是可以人为控制的。
　　半导体材料经过几十年的发展，到现在经历了三代，第一代最著名就是硅，我们手机的处理器，电脑的CPU等等都是用硅材料制备的，这就是＂硅谷＂名称的由来。第二代是砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP），这两种材料使用也非常广泛，比如LED等、手机射频芯片等都是用它们制备的。
　　氮化镓（GaN）材料属于第三代半导体，第三代中还有另外一个材料是碳化硅（SiC）。
　　各种材料具备独特的性质，但是GaN材料的性质尤其的突出。具有远优于第一、二代半导体的高热导率和耐压性能。氮化镓的禁带宽度是硅的 3 倍，击穿电压为硅的 10 倍，可以耐受更高电压；氮化镓的导热率是三代半导体里最高的，且其热稳定性高，在常压下极难被熔化。
　　资料来源：《简析碳化硅在半导体行业中的发展潜力》，中信证券3 GaN材料神奇在哪里？
　　半导体材料很重要的一个参数是禁带宽度，它直接决定了器件的功率、最大电压等性能，下图是一些半导体的禁带宽度示意图。
　　可以看到，GaN 材料的禁带宽度大(Eg=3.4eV)，比硅，GaAs和InP都要大，并且它是直接带隙材料，所以它可以用来制备光电器件，诸如紫光、蓝光发光二极管(LED)、激光器、探测器等等，电子饱和漂移速度达到2.5×e7cm/s，所以还可以用来制备射频芯片，比如5G基站中的射频模块；临界击穿场强(3.3MV/cm)大，所以也可以用来制备功率器件，比如充电器。
　　GaN的主要应用（资料来源：Yole）生活中离不开GaN材料
　　蓝、绿光LED。这是GaN最重要的一个应用，和我们的生活息息相关。大屏幕全彩显示、汽车灯具、多媒体显像、LCD背光源、交通信号灯、光纤通讯、卫星通讯等，统统都要用到GaN材料。
　　电动汽车。GaN应用在电动汽车领域，通过大幅提升能量转化效率更高而使得让汽车减少电池使用，既能减轻汽车重量，又能降低汽车成本。
　　5G无线基站。5G网络能处理比当前高达200倍的数据传输量，而无需大幅度增加功率消耗。横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS）晶体管在功率放大器领域几十年来的主导地位正在被氮化镓（GaN）撼动。氮化镓显而易见的技术优势（包括能源效率提高、带宽更宽、功率密度更大、体积更小）使之成为LDMOS的天然继承者服务于下一代基站，尤其是1.8GHz以上的蜂窝频段。
　　激光雷达。随着无人驾驶技术的成熟，激光雷达成为无人驾驶汽车的眼睛。激光雷达（LiDAR）使用镭射脉冲快速形成三维图像或为周围环境制作电子地图。氮化镓场效应晶体管相较MOSFET器件而言，开关速度快十倍，使得LiDAR系统具备优越的解像度及更快速反应时间等优势，由于可实现优越的开关转换，因此可推动更高准确性。