在电力转换领域，硅的优势正在被耗尽——而氮化镓技术正在发展。氮化镓（GaN）提供更快的开关速度、更小的尺寸、更高的效率、以及更低的成本。除了氮化镓（GaN）的众多优势外，了解氮化镓（GaN）市场，以及其各种应用和氮化镓（GaN）不断发展的未来同样重要。让我们一起看看氮化镓（GaN）是如何改变我们的生活方式。
氮化镓（GaN）能取代硅吗?
氮化镓（GaN）功率晶体管和集成电路的初期采用者是那些利用GaN-on-Si晶体管开关速度比MOSFET快约10倍，比IGBT快100倍的应用。例如用于4G/LTE基站的射频包络跟踪以及用于自动驾驶汽车、机器人、无人机和安全系统的光探测和测距(激光雷达)系统等应用，是第一批充分利用氮化镓高速交换功能的批量应用。
由于这些早期应用，产量已经增长，现在氮化镓（GaN）功率器件的价格相当于具有类似导通电阻的MOSFET 元件。这使得更多的传统应用，如用于数据中心和计算的 48v DC/DC 转换，用于移动、机器人、无人机和大批量汽车应用的 BLDC 电机，都可以采用基于氮化镓（GaN）的解决方案。
氮化镓(GaN)与碳化硅(SiC)相比有什么优势?
硅基板氮化镓（GaN-on-silicon）和碳化硅(SiC)都是宽带隙半导体解决方案，它们能够比单独的硅承受更高的电压，更高的频率，并集成更多的产品。这些因素导致了碳化硅和氮化镓在电子市场的广泛采用。SiC 是 900 V 及以上高压应用的理想选择。硅基板氮化镓(GaN-on-silicon)巧妙地解决了 700 V 及以下的应用。氮化镓、SiC 和硅 IGBT之间的竞争领域是电动汽车上的电动驱动器的设计电压位于700至900伏之间的应用。
氮化镓(GaN)的市场展望
根据市场研究公司Yole Développement的估计，氮化镓功率设备市场将从2021年的1.26亿美元增长到2027年的20亿美元，复合年增长率（CAGR）为59%。
这一增长的很大一部分将由消费市场推动，包括智能手机和平板计算机中的快速充电器、d 类音频、充电宝和飞行时间传感器。在这些应用中，氮化镓提供更高的功率密度、更好的热性能和更小更轻的解决方案。
在高功率密度计算和汽车 DC-DC 转换器中，向48伏电源系统的转变正在推动电信/数据通信和汽车/移动性两个市场领域的增长。48v 系统降低了数据中心的功耗，而这些系统的需求使氮化镓优于硅。
随着可再生能源的采用加速，太阳能微逆变器、优化器和储能系统的制造商越来越多地采用氮化镓设计，以提高效率、功率密度和可靠性。包括BRC Solar和Solarnative在内的几家制造商已经宣布了基于氮化镓的解决方案。
氮化镓如何支持新应用
数据中心服务器
云计算的增长正在强迫数据中心相应地增长，而数据中心是能源的主要消费者。降低能源损耗的一种方法 是在将电力从数据中心的输入端引向最终负载点的过程中，消除一个电力转换阶段。通常，电力转换分为两个阶段，从背板上的48伏转换为处理板上用于分配的12伏，最终在数字芯片实际使用电力的地方转换为1伏左右。有了氮化镓的高开关速度，小尺寸和更高效率，电源供应设计师现在有能力直接将电源从48伏转换到负载点需要的1伏范围，而无需在12伏处停留。考虑到支持云基础设施所需的计算能力和数据中心的快速扩展，这种单级架构的潜在节能潜力是巨大的。
自动驾驶汽车/增强现实
氮化镓使自动驾驶汽车成为可能一项令人兴奋的氮化镓应用是自动驾驶或自动驾驶汽车。仔
细观察右边的图像，你会发现它是车辆顶部的
激光雷达(光距离和测距)系统，为车辆提供了
“眼睛”。激光雷达设备快速发射一束定向光束，并记录光束返回所需的时间以及发射的方
向，从而创建车辆周围环境的 360 度三维图像。激光束传输速度越快，激光雷达探测到的测绘或定位物体的分辨率就越高。激光雷达系统的核心是氮化镓技术起着至关重要的作用;它能使激光信号以比同类硅元件更高的速度发射。
氮化镓用于增强现实设备，类似的激光雷达技术也被设计用于增强现实耳机，为用户提供三维实时图像。除了我们现在看到的将其用于游戏之外，增强现实还使士兵能够看到远处的敌人，就像他们站在他们面前一样。敌后的图像是由一架带有激光雷达的无人机拍摄的。对于平民来说，增强现实耳机可以用来访问世界上任何地方的三维实时图像。机器人中的氮化镓器件
同样使用激光雷达的还有最先进的机器人。这些机器人使用激光雷达作为自己的“眼睛”，因为激光雷达速度快、精度高，而且创建三维数字图像所需的计算量更少。
耐辐射与空间
用于空间应用的氮化镓器件氮化镓器件在空间中。这是许多氮化镓应用的一个不可避免的领
域，因为氮化镓本身是耐辐射的。不像硅，需要特殊的制造技术和特殊的包装来保护半导体
免受辐射的影响，氮化镓的天然特性使它相对免受这些有害射线的影响。
氮化镓晶体管用于离子推进器，用于转换卫星太阳能电池板的功率，用于驱动小型立方体卫星使用的反应轮的坚固耐用的高精度无刷直流电机，用于太空任务中使用的机器人和自动化仪器，以及使用激光雷达的测距应用。除了在恶劣环境中生存的能力外，氮化镓器件的小尺寸和高效率使其在空间应用中非常有吸引力。
马达驱动器
用于电机驱动的氮化镓（GaN）对电动汽车(eMobility)日益增长的需求需要高效、紧凑的电机驱动。氮化镓场效应管和集成电路使逆变器的设计能够提高电机效率，同时减小尺寸、重量和成本。这使得电机系统更小，更轻，噪音更小，并且具有更大的扭矩，更大的范围和更高的精度。这些优势为电动自行车和踏板车以及吸尘器和无人机等个人机器人制造了更小、更轻、更高效的电机系统。
可再生能源
了加速可再生能源的采用，必须在不牺牲长期可靠性的前提下实现更高效的转换、更大的储能容量和更低的成本。基于氮化镓的电源解决方案使太阳能微型逆变器，优化器和用于太阳能的能量存储系统能够提高效率，减少尺寸和成本，同时提供无与伦比的稳健性。
医疗技术
Gan 在医疗应用中发挥着重要作用，我们才刚刚开始发现和实施创新的解决方案。使用氮化镓晶体管的无线电源可用于为植入式医疗设备充电，如糖尿病患者所需的心脏泵和疼痛闪烁器，从而消除了从体内伸出电线的需要-电线容易引起感染。
氮化镓（GaN）用于成像设备，另一个很好的例子是在药丸大小的极小 x 光机上使用氮化镓组件。这种药丸用于进行结肠镜检查。只要吞下，就会在药丸穿过消化道的过程中拍摄图像。来自x 光设备的数字信息被无线传输到患者体外的接收器，由医生进行评估。对病人来说，检查更加容易。对医生来说，这意味着更高分辨率的结肠成像。在这种应用中，氮化镓（GaN）极小的尺寸和高开关速度是为药丸内的 x 射线装置供电的关键。
核磁共振成像仪也利用氮化镓（GaN）的优越性能，获得 10 到 100 倍的高分辨率，从而可以更早、更准确地发现癌症和其他疾病，而且成本更低。
无线供电
无线电源的出现是由氮化镓（GaN）实现的另一个可识别的应用。不再需要电线——我们可以切断电线。无线充电的手机已经上市，平板计算机、计算机，甚至移动推车上的医疗器械也不远了。汽车中控台不仅将成为手机无线充电的来源，而且很快也将成为汽车整个信息娱乐和导航系统的充电来源。最终，整个家庭都可以配备发射器和中继器，为电灯、电视和其他家用电器无线充电。氮化镓晶体管正在支持这一令人兴奋的、迅速兴起的应用……并改变我们的生活方式。
氮化镓（GaN）的未来
氮化镓（GaN）作为一项技术仅仅处于起步阶段，在过去的几年里才开始商业化，相比之下，硅器件已经存在了 70 多年。如图所示，利用氮化镓（GaN）优越的效率、开关速度和尺寸的应用已经出现。未来是有希望的，因为氮化镓（GaN）技术的学习曲线不断攀升，其最终用途变得更加广泛，性能也逐年提高。