超强风口 “氮化镓” 火了，它到底是什么？

在科学领域里，当一种理论从根本上发生改变，足以打破原有的假设或学术成果，就会使人们对这一领域的基本认知和大量理论发生颠覆性改变，这种现象叫做“范式转移”。

日心说取代地心说就是典型的“范式转移”过程。

在商业市场中，“范式转移”的影响不仅在于理论认知层面，更是会催生新兴市场。

比如，前段时间苹果公司发布了氮化镓（GaN）快充充电器。其实不止苹果，三星、华为等手机龙头厂商早在之前就在布局GaN技术。

氮化镓如此大热，其究竟是什么呢？

禁带，是指电子从原子核轨道上脱离所需要的能量。氮化镓的禁带宽度为 3.4eV，是硅的 3 倍多，所以说氮化镓拥有宽禁带特性（WBG）。

禁带宽度决定了一种材料所能承受的电场。氮化镓比传统硅材料更大的禁带宽度，使它具有非常细窄的耗尽区，从而可以开发出载流子浓度非常高的器件结构。由于氮化镓具有更小的晶体管、更短的电流路径、超低的电阻和电容等优势，氮化镓充电器的充电器件运行速度，比传统硅器件要快 100倍。

更重要的是，氮化镓相比传统的硅，可以在更小的器件空间内处理更大的电场，同时提供更快的开关速度。此外，氮化镓比硅基半导体器件，可以在更高的温度下工作。

2014年，日本名古屋大学教授赤崎勇、天野浩和美国加州大学圣塔芭芭拉分校教授中村修二因为发明蓝光LED而获得诺贝尔物理奖。

氮化镓就是推动这个蓝光LED发展的重要新型材料，它在科研学术界的地位由此可见一斑。

氮化镓还可以解决5G时代的智能科技硬件产品在节能、小型化、大功率等多方面的要求。

以氮化镓在射频领域的应用为例。5G时代的核心是5G网络，5G网络的关键在于5G基站的铺设，射频氮化镓有着输出功率更大、频率特性更好、瞬时带宽更大、体积更小等多方面的优势，是5G基站功率放大器等元器件的绝配。

再比如在无人车领域。

众所周知，无人车需要激光雷达快速形成三维图像或为周围环境制作电子地图，帮助汽车更全面地了解地形变化，才能实现自动驾驶。

换句话说，激光雷达就好比是无人车的眼睛。

基于氮化镓场效应晶体管的激光雷达，数据传输速度是目前激光雷达应用中主流应用的硅元素的100倍以上。

这意味着从图像拍摄速度到照片锐度再到照片精准度的全面大幅度提升，从而帮助提升无人驾驶系统具备更高的准确性。

氮化镓的吸引力不仅仅在于性能和系统层面的能源利用率的提高。当我们发现，制造一颗氮化镓功率芯片，可以在生产制造环节减少80% 化学物及能源损耗，此外还能再节省超过 50% 的包装材料，那氮化镓的环保优势，将远远大于传统慢速硅材料。

一个更加直观的例子是，假如所有电器都换成氮化镓材质，整体用电量将会减少20%，还可以有效减少碳排放。

据估计，如果全球采用硅芯片器件的数据中心，都升级为使用氮化镓功率芯片器件，那全球的数据中心将减少30-40% 的能源浪费，相当于节省了 100 兆瓦时太阳能和减少1.25 亿吨二氧化碳排放量。

举了这么多例子，不难看出，氮化镓对于半导体上下游产业有着举足轻重的影响，所以它本身极具想象空间，说是后摩尔时代的核心技术也不为过。

镓在自然界中不以元素形式存在。它通常是在铝土矿加工成铝的过程中，或闪锌矿提炼为锌的过程中产生的副产品。因此镓的提取和精炼，碳足迹非常低。

镓每年产量超过 300 吨，预计全世界的存储量超过 100 万吨。由于镓是一种加工副产品，所以成本相对较低，约为每公斤 300 美元，比每公斤约 6 万美元的黄金要低 200 倍。

氮化镓（GaN)

发展时间线：

高亮度的蓝色LED商用，是电子行业的一个转折点。通过添加荧光粉涂层，人类实现了创造出能够替代低效白炽灯的白色LED。添加红色和绿色的LED，就可以组成一款基于 LED 的显示器。从第一台LED背光液晶电视到最新的OLED屏幕，这加速了阴极射线管（CRT）电视和显示器市场的更替以及基于硅的 “偏转晶体管”屏幕产品的消亡。

因此，氮化镓是我们在电视、手机、平板电脑、笔记本电脑和显示器中，使用的高分辨率彩色屏幕背后的核心技术。在光子学方面，氮化镓还被用于蓝光激光技术。

现在，氮化镓不仅被用于LED和射频元件的生产，其在不断发展增长的电源开关、转换应用市场和高功率领域中，也越来越成为主流选择。