什么是氮化镓？氮化镓（GaN）半导体详解

什么是硅上的GaN：理解氮化镓技术

氮化镓（GaN）是一种非常坚硬、机械稳定的III/V族直接带隙半导体。由于其更高的击穿强度、更快的开关速度、更高的热导率以及更低的导通电阻，基于GaN的功率器件远远优于基于硅的器件。氮化镓晶体可以在多种基材上生长，包括蓝宝石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。通过在硅上生长GaN外延层，可以利用现有的硅制造基础设施，从而避免了昂贵的专业生产场地，并利用现成的廉价大直径硅片。

氮化镓如何工作？

氮化镓（GaN）已成为半导体世界中的变革者，特别是在高效能功率晶体管和集成电路领域。那么这种氮化镓技术是如何运作的呢？

二维电子气的生成：通过在GaN晶体上生长一层薄薄的氮化铝镓（AlGaN），在界面处产生的应变会引发一个补偿性的二维电子气（2DEG）。这种二维电子气用于在电场作用下高效传导电子。
高效导电：部分由于电子被限制在界面的一个非常小的区域内，这种二维电子气具有极高的导电性。这种限制使得电子的迁移率从未受应变的GaN中的约1000 cm²/V·s增加到二维电子气区域内的1500到2000 cm²/V·s。
优越的性能：氮化镓的高导电性使得晶体管和集成电路表现出比类似硅解决方案更高的击穿强度、更快的开关速度、更高的热导率以及更低的导通电阻。

氮化镓技术的演变

LED的创新

在20世纪90年代初，基于GaN的LED以其高效能和亮度彻底改变了照明行业。这一突破推动了现如今我们日常生活中广泛应用的节能照明解决方案的开发。
射频和微波应用

氮化镓的高频能力使其非常适合用于射频（RF）和微波应用。它能够处理高功率密度并在高频下运行，这在无线通信系统的发展中至关重要。
电力电子革命

近年来，氮化镓已成为电力电子领域的变革者。其优越的性能特征，如低导通电阻和高开关速度，促成了更小、更高效的电力转换器和电机驱动的发展。这对从消费电子到可再生能源的行业产生了重大影响。