氮化鎵（GaN）技術的未來前景

技術分享雜談GaN技術 – Renee Yawger 十月 09, 2025

隨著人工智慧（AI）、機器人和太空系統重新定義功率電子學的可能性，氮化鎵（GaN）技術持續引領這一變革。在最近接受 Electronic Product Design & Test (EPDT) 的採訪中，EPC 的執行長兼共同創辦人 Alex Lidow 博士分享了他對 GaN 如何重塑半導體格局的見解——以及這項快速發展的技術未來的發展方向。

AI 與機器人：GaN 的最大成長引擎

目前推動 GaN 採用的兩大動力是 AI 伺服器 和 機器人。這兩個領域都在經歷爆炸性成長，並且都高度依賴於緊湊、高效率且高頻的功率轉換。

在 AI 領域，GaN 已經遠遠超出了其早期在 48 V 至負載電源階段的應用。如今，工程師們正在設計 基於 GaN 的系統，可處理完整的功率路徑，從 交流輸入一路到為 GPU 和 CPU 供電的低壓軌。隨著 AI 需求激增，每台 AI 伺服器中的 GaN 含量正在迅速增加。

每一代新的伺服器硬體都帶來更高的功率密度、更快的切換速度以及更嚴格的效率要求——這些都是 GaN 相較於矽更具優勢的領域。其結果是 更小的電源級、更低溫的運行以及更低的系統總成本，這在當今的 AI 資料中心中至關重要。

在機器人領域，GaN 的優勢同樣明顯。從人形機器人到倉庫自動化和外科手術系統，每一次體積和重量的減少都能直接轉化為更好的性能和更長的電池壽命。一台人形機器人可能擁有約 40 個馬達，使用 GaN 後，每個馬達驅動器都可以更小、更輕且更精確。

人形機器人和服務機器人代表著技術要求最高、發展最快的應用領域，這些頂尖設計將隨著時間的推移逐漸擴展到更小、更低成本的平台，如無人機、電動自行車和電動工具。

太空：可靠性的終極考驗

除了 AI 和機器人之外，太空系統仍然是 GaN 最具吸引力的應用之一。衛星需要極高效率、輕量化的電源系統，能夠在惡劣的輻射環境中持續運行數十年。在軌運行中，每瓦特每公斤的比值決定了其價值。

GaN 的材料特性使其本身比矽更堅固。強大的氮化鎵鍵結以及無閘氧化層結構使 GaN 元件能夠承受遠高於 CMOS 或 MOSFET 技術的輻射水準。EPC 的太空級 GaN FET 和 IC 已通過測試，可承受超過 100 兆拉德（Megarad）而無退化，相比之下，典型的矽元件大約在 30 千拉德（Kilorad）時失效。

對於衛星製造商而言，這意味著更少的屏蔽需求、更簡化的冗餘策略和更高的有效載荷能力——所有這些都可轉化為更低的發射與營運成本。

擴展至低電壓應用

EPC 最新的元件正將 GaN 的性能進一步推進至 低電壓領域，目前已覆蓋至 15 V。40 V 到 15 V 區間代表了電晶體市場中最大的一部分——為從 電池供電裝置 到 負載點轉換器 提供電力。在這些電壓範圍內，性能決定成敗，而 GaN 的高效率與高頻切換特性使設計師能夠在改善熱性能的同時大幅縮小系統體積。

隨著 GaN 元件在低電壓領域變得更加普及，它們可以取代矽 MOSFET，廣泛應用於 USB-PD 充電器、AI 邊緣系統 和 高精度馬達驅動 等裝置，加速工業與消費市場的採用。