GaN HEMT凭什么赢得市场青睐

硅基半导体经过多年发展，其性能逐渐接近极限，在进一步降本增效的背景下，第三代宽禁带半导体氮化镓功率器件GaN HEMT被寄予厚望。

功率半导体器件的发展历程晶闸管的出现宣布半导体器件正式进入电力领域，GTO和GTR的出现使功率开关成为全控制型器件。IGCT的出现解决了GTO关断过程电流挤压现象。IGBT出现之后，GTR沉寂了。双极型器件的劣势：庞大的控制电路和保护电路以及较低的工作频率。解决问题的途径：单极型功率器件MOSFET。70年代，功率MOSFET的出现解决了双极型器件工作频率低的问题，但功率仍受硅材料极限限制。

于是通过双极与单极联姻，80年代产生了IGBT，将双极型器件的电导调制效应巧妙地引入到MOSFET中，极大地提高了MOSFET的功率。

但IGBT终究是双极型器件，工作频率较MOSFET低，关断过程存在拖尾效应，于是SJMOSFET应运而生。

90年代，SJMOSFET的出现扩大了MOSFET功率定额，但人们对开关频率提高和对能效的追求仍在继续……

于是宽禁带半导体器件适时登场，所谓的时势造英雄在这个时候得以验证。

第三代宽禁带半导体氮化镓功率器件GaN HEMT凭什么成为时代的宠儿?

第三代半导体具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的效率、更高的电子饱和速率，而GaN凭借这些众多优势赢得了市场的青睐。

硅基材料、碳化硅材料、氮化镓材料的比较

时势造英雄，英雄亦适时。时代的需求造就了“英雄器件”，宽禁带功率半导体器件不负众望，凭借优秀的结构优势和材料特性取得了辉煌的成就。

结构方面：

VD-MOSFET

耗尽型:D-GaN HEMT常态导通

P-GaN增强型：常态关断

类型	特点
VD-MOSFET	l   导通电阻大，导通损耗大，转换效率低 l   漏电流大，可靠性一般 l   结电容大，开关频率特性差 l   驱动电流大，驱动损耗大 l   属于传统型功率器件
耗尽型:D-GaN HEMT(D-mode)	l   D-GaN HEMT: 用于级联结构 l   栅极有绝缘介质，漏电流小 l   级联后Vgs耐压范围宽-20~+20V (Cascode) l   适合高压器件，硅MOS管和D-GaN级联 l   氮化镓材料本征为D-mode，外延简单，成熟，稳定，生长速度快
增强型:P-GaN (E-mode)	l   Vgsth低，需要负压防误导通 l   栅极没有绝缘，漏电流大 l   Vgs耐压范围窄，-7~+7V，余量小 l   P-GaN的掺杂/激活和刻蚀增加制造难度 l   外延结构增加pGaN外延层，P型氮化镓难于控制，质量差，带来不确定因素，增加生产难度和成本

材料方面：

GaN以其高效率、低损耗与高频率的特性，在消费电子领域展现出广阔的应用前景，特别是在充电器和电源适配器方面。其充电器体积更小、质量更轻，携带便利，且充电功率大、速度快，能满足多台设备同时充电的需求，价格也相对亲民。因此，GaN充电器市场逐渐受到手机厂商的青睐，小米、华为、努比亚等品牌纷纷入局，市场呈现出百花齐放的态势，为新能源汽车、工业电源等电能使用领域的电能高效转换提供了新的解决方案。这将进一步推动能源向绿色低碳方向发展，助力“碳达峰，碳中和”目标的实现。