氮化镓(GaN)何去何从?

氮化镓(GaN)何去何从?

在功率转换领域中,硅基技术的发展已经到了尽头,而氮化镓技术正在加速发展,为行业提供具备更快速的开关速度、尺寸更小、效率更高及目前成本已经更低的全新器件。氮化镓技术...改变了我们的生活方式!

全自动驾驶车辆/扩增实境(AR)

GaN enables Autonomous Vehicles 其中让人感到兴奋并可瞥见未来的应用是全自动驾驶车辆。如果您仔细看,您会看到在车顶上安装了用作车辆的“眼睛”的激光雷达(LiDAR)系统。LiDAR器件快速发射出控制光束,以及纪录光束从一个物体上反射回来到传感器的时间,并且可以确定这个物体的方向,从而制成在车辆四周的三维360度全景。激光光束的发射速度越快,LiDAR系统识别物体的能力或场景的分辨率将会更高。 氮化镓技术在LiDAR系统中发挥非常重要的作用 - 与可比的硅基组件相比,氮化镓器件以更高的速度发射激光信号。

GaN is used in augmented reality devices相同的LiDAR技术也用于扩增实境(AR)的头戴式耳机,为用户提供实时三维图像。我们目前看到用于游戏机,除此以外,AR也可以帮助士兵远距离利用扩增实境看到敌人,敌人就像站在他们面前一样。敌人阵线的背后图像则由无人机载LiDAR系统制成。民用的AR头戴式耳机也可以看到世界各地的实时三维图像。

GaN devices in Robots此外,采用LiDAR系统的机械人是现今最先进的机械人。这些机械人利用LiDAR系统作为他们的“眼睛”,这是因为LiDAR系统具备快速、精确的测距能力及需要较少运算处理便能够制成三维数字图像等优势。

无线电源传输

Gallium Nitride in the wireless home由氮化镓技术所推动的另一种新兴应用是无线电源应用。我们在不再需要使用电源线的情况下,可以把电源线剪断。具备无线充电功能的手机已经在市场上推出,而平板电脑、个人电脑,甚至在移动式医疗推车上的医疗仪器也将于不久的将来可以进行无线充电。此外,汽车的中央控制台将会不只是用来对手机进行无线充电,也快将可以对车内的整套信息娱乐及导航系统充电。最后,我们将可以在家居安装多个发射器和中继器,从而对照明、电视及其它家居电器进行无线充电。氮化镓晶体管支持这种让人兴奋的无线充电新兴应用...它改变了我们的生活方式。

医疗技术

Gan use in medical technologies尺寸大小确实是非常重要的。一个很好的例子是在一个药丸般的体积内,嵌入一个采用氮化镓元件的超微型X光机以进行结肠镜检查。当吞咽这个结肠镜检查丸后,它经过受检者的消化系统并可以扫描图像。X光机把这些数字资料以无线方式传送到受检者体外的接收器,并由医生分析及评估资料。对患者来说,这是一种更方便、更容易的检查方式。对医生来说,这种方式可以取得具有更高分辨率的结肠图像。在本应用中,超小型及具备快速开关速度的氮化镓器件的主要作用是支持药丸内的X光器件的运作。

Gallium Nitride is used in imaging equipment磁力共振成像(MRI)机器也可以发挥氮化镓技术的卓越性能,从而取得具备10至100倍更高的分辨率的图像,使得我们可以在更早期、更准确地并以较低成本检查出癌症及其它疾病。

Gan in Medicine采用氮化镓晶体管的无线充电应用可以对植入式医疗仪器进行充电,例如心脏泵及糖尿病人所需的疼痛闪烁仪(scintillator),从而摒弃从病人身体伸出的电源线,这些电源线可使病人容易受到感染的。面向医疗应用的氮化镓器件起着重要作用,况且我们才刚刚开始探索及实践各种创新的解决方案。

包络跟踪应用

GaN in telecommunications电信应用是另一种基于氮化镓功率转换器件的新兴应用。我们使用手机用作打电话的用途以外,也利用它进行商业交易、观看视频及打电玩,因此目前的手机需要传输越来越多呈指数式增长的数据,以致需要更大的带宽。在包络跟踪应用中,于发送载波信号传送资料时,可精确地跟踪所需功率,从而可以提高通信基站的效率 - 根据4G标准的数据传输速率,基站的效率将加倍;当支持下一代5G标准时,预计可提高基站的效率达3倍。氮化镓器件得以在电信基站支持包络跟踪系统的主要因素是它具备高效、超快速开关性能。

数据中心内的服务器

云端运算服务的蓬勃发展使得市场对数据中心的服务需求激增,而数据中心的能耗问题备受关注。降低数据中心的能耗的其中一个方法是减少一级功率转换–使得电源可以从输入电压直接降压到负载电压。大部分应用普遍采用两级转换架构 - 从背板48 V转换至12 V,在处理板上进行功率分配;以及最终降压到大约1 V –实际功率用以推动数字芯片。氮化镓器件具备高速开关、小尺寸及较高效率等优势,帮助电源设计师得以利用氮化镓技术从48 V直接降压到1 V 范围的负载点电压而不需要在12 V中间转换。为了支持云端运算基础设施的需要,现今的运算能力及数据中心急速地发展,这种一级转换架构的节能潜力巨大。

耐辐射及航太应用

Gallium Nitride devices used in space applications氮化镓器件被广泛用于航太应用,这是因为氮化镓器件的其中一个固有特性是耐辐射。硅基器件需要特别的晶圆制造技术及特别的封装才可以屏蔽半导体免受辐射影响。氮化镓器件则不同,它本身特有的特性相对地不受这些有害的辐射线所影响。 氮化镓晶体管被用于离子推进器、用来转换卫星太阳能板的功率,以及用于基于激光雷射(LiDAR)技术的测距应用。氮化镓器件除了具备可以抵受严峻环境的性能外,它的小尺寸及高效特性使得它成为受航太应用青睐的器件。

展望未来

与推出市场已经超过70年的硅基器件相比,氮化镓技术的发展才刚刚开始,并且在过去数年间才商用化。此外,如本文所分析,利用氮化镓技术的高效、快速开关及小尺寸等卓越优势的新兴应用已经出现。当氮化镓技术的学习曲线的速率加快、它的最终用途变得更为广泛及随着氮化镓技术年复一年不断的发展和完善,它将会为整个产业带来光明的前景。

不容置疑的是,氮化镓技术改变了我们的生活方式!