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| 本文作者： 李帥飛 | 2020-02-21 17:41 |
你對(duì)你的手機(jī)充電器還滿意嗎？
如果答案是否定的，那么你有足夠的理由去關(guān)注一個(gè)名為 GaN 的名詞。就目前的情況來(lái)看，使用 GaN 材料參與制作的充電器，不僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)更小的體積、更輕的重量，也能夠帶來(lái)更高的充電效率——簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它將為充電器帶來(lái)一場(chǎng)革命。
更重要的是，GaN 已經(jīng)引起了廣泛的行業(yè)關(guān)注。
GaN 本質(zhì)上是一種新型半導(dǎo)體材料。
它的中文名為氮化鎵，英文名稱是 Gallium nitride，分子式是 GaN；它是氮和鎵的化合物，也是一種直接能隙（Direct Bandgap）的半導(dǎo)體，也是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料。
GaN 氮化鎵的化合物結(jié)構(gòu)類似于纖鋅礦，硬度很高；相比傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體，GaN 氮化鎵有著更出色的擊穿能力，更高的電子密度和電子遷移率，還有更高的工作溫度（熔點(diǎn)約為 1700℃）。
雷鋒網(wǎng)了解到，作為一種新型材料，GaN 具有寬的直接帶隙、強(qiáng)的原子鍵、高的熱導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性好（幾乎不被任何酸腐蝕）等性質(zhì)和強(qiáng)的抗輻照能力，在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應(yīng)用方面有著廣闊的前景。
從半導(dǎo)體行業(yè)的角度來(lái)看，GaN 材料是研制微電子器件、光電子器件的新型半導(dǎo)體材料，并與 SIC、金剛石等半導(dǎo)體材料一起，被譽(yù)為是繼第一代 Ge、Si 半導(dǎo)體材料、第二代 GaAs、InP 化合物半導(dǎo)體材料之后的第三代半導(dǎo)體材料。
相較于傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體，GaN 能夠提供顯著的優(yōu)勢(shì)來(lái)支持功率應(yīng)用，這些優(yōu)勢(shì)包括在更高功率獲取更大的節(jié)能效益，以致寄生功耗大幅降低；GaN 材料也容許更多精簡(jiǎn)元件的設(shè)計(jì)以支持更小的尺寸外觀。
此外，相較于硅基元件，GaN 元件切換速度增快達(dá) 10 倍，同時(shí)可以在更高的最高溫度下運(yùn)作，這些強(qiáng)大的材料本質(zhì)特性讓 GaN 廣泛適用于 100 伏與 650 伏電壓范圍內(nèi)的涵蓋汽車、工業(yè)、電信、以及特定消費(fèi)性電子應(yīng)用產(chǎn)品等行業(yè)。
目前，對(duì) GaN 材料的研究與應(yīng)用是已經(jīng)成為全球半導(dǎo)體研究的前沿和熱點(diǎn)。
實(shí)際上，GaN 早在上世紀(jì) 90 年代起就有所應(yīng)用——近年來(lái)，它再次受到普通消費(fèi)者的關(guān)注是因?yàn)槌潆娖鳌?/p>
實(shí)際上，由于禁帶寬度大、熱導(dǎo)率高、耐高溫等特性，采用了 GaN 氮化鎵元件的充電器最直觀的感受就是體積小、重量輕，很好順應(yīng)了電子產(chǎn)品向小型化、輕薄化方向發(fā)展的趨勢(shì)。
從具體效果來(lái)看，同等輸出功率下，采用 GaN 功率 MOS 的充電器會(huì)比傳統(tǒng)的充電器體積縮小 1/3 以上，在發(fā)熱量、效率轉(zhuǎn)換上相比普通充電器也有更大的優(yōu)勢(shì)，大大的提升了用戶的使用體驗(yàn)。
當(dāng)然，限于技術(shù)本身發(fā)展的限制，GaN 充電器的成本一直比較高；然而，隨著人們對(duì)充電技術(shù)的需求和期待越來(lái)越高，采用 GaN 材料的充電器也逐漸進(jìn)入到消費(fèi)領(lǐng)域。
2018 年 10 月，ANKER 發(fā)布了全球首款 USB PD GaN 充電器 PowerPort Atom PD1，和蘋果 5W 充電器差不多的體積卻能輸出高達(dá) 27W 的功率，吸足眼球。
雷鋒網(wǎng)注意到，這款 GaN 充電器甚至能夠?yàn)?MacBook 充電。
隨后，ANKER、RAVpower、AUKEY、ELIXAGE、Mu One、UIBI 等廠商都推出了自家的 USB PD GaN 充電器，其價(jià)格多在 150 元以上。
值得一的是，除了專門生產(chǎn)充電頭的廠商，不少消費(fèi)電子廠商也盯上了 GaN 充電技術(shù)。
比如說(shuō)，在 2019 年 10 月發(fā)布的 OPPO Reno Ace 中，就標(biāo)配了一個(gè) GaN 充電器，可以實(shí)現(xiàn) 65W 的超級(jí)閃充——由此 OPPO Reno Ace 也成為全球首款標(biāo)配 GaN 充電器的手機(jī)。
另外，在 2020 年 2 月 13 日的小米新品發(fā)布會(huì)上，小米也推出了一款體積小巧的充電器，也就是小米 GaN 充電器 Type-C 65W——再次讓 GaN 材料在充電器上的應(yīng)用引發(fā)了消費(fèi)電子行業(yè)的關(guān)注。
就目前的情況來(lái)看，布局 GaN 的廠商也為數(shù)不少。
根據(jù)《科創(chuàng)板日?qǐng)?bào)》報(bào)道，目前小米、OPPO、蘋果、華為、三星等廠商都在 GaN 方面有較深的積累——這就意味著，GaN 已經(jīng)在全球主流的消費(fèi)電子廠商中得到了關(guān)注和投入。
其中，雷鋒網(wǎng)了解到，小米上周發(fā)布的 GaN 充電器采用了來(lái)自納微半導(dǎo)體（Navitas）的 NV6115 和 NV6117 GaNFast 功率 IC，體積為 56.3 x 30.8 x 30.8mm，官方表示是標(biāo)準(zhǔn)適配器尺寸的一半。
值得一提的是，納微半導(dǎo)體公司是世界上第一家 GaN 功率 IC 公司，于 2014 年在美國(guó)加利福尼亞州 El Segundo 成立——而小米也通過(guò)對(duì)納微半導(dǎo)體公司的投資，確立了產(chǎn)業(yè)鏈的上下游合作關(guān)系。
就整個(gè)消費(fèi)電子行業(yè)的情況來(lái)看，GaN 也正在伴隨充電器快速爆發(fā)。
根據(jù)充電頭網(wǎng)報(bào)道，2020 年 1 月，在美國(guó)舉辦的 CES 展會(huì)上，參展的 GaN 充電器已經(jīng)多達(dá) 66 款，其中涵蓋了 18W、30W、65W、100W 等多個(gè)功率，以及全新品類超級(jí)擴(kuò)展塢，滿足手機(jī)、平板、筆電的全方位充電需求。
而來(lái)自中信證券的報(bào)告稱，隨著用戶對(duì)充電器通用性、便攜性的需求提高，未來(lái) GaN 快充市場(chǎng)規(guī)模將快速上升，預(yù)計(jì) 2020 年全球 GaN 充電器市場(chǎng)規(guī)模為 23 億元，2025 年將快速上升至 638 億元，5 年復(fù)合年均增長(zhǎng)率高達(dá) 94％。
同時(shí)，綜合性能和成本兩個(gè)方面，GaN 也有望在未來(lái)成為消費(fèi)電子領(lǐng)域快充器件的主流選擇。
需要說(shuō)明的是，GaN 不僅僅可以充電器領(lǐng)域。
實(shí)際上，憑借 GaN 的功率性能、頻率性能以及優(yōu)秀散熱性能，它還可用于 5G 基站、自動(dòng)駕駛、軍用雷達(dá)等眾多功率和頻率有較高要求的場(chǎng)合。
在這樣的需求之下，GaN 襯底市場(chǎng)的規(guī)模也在擴(kuò)大。
根據(jù)法國(guó)市場(chǎng)研究顧問(wèn)機(jī)構(gòu) Yole Development 的統(tǒng)計(jì)，2017 年全球 GaN 襯底市場(chǎng)需求約 7.4 萬(wàn)片，在 GaN 射頻和功率器件應(yīng)用的拉動(dòng)下，預(yù)計(jì) 2022 年全球 GaN 襯底需求上升至 32 萬(wàn)片，對(duì)應(yīng)的氮化鎵襯底的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 64 億元，2017 至 2022年的年復(fù)合增長(zhǎng)率為 34％。
值得一提的是，在這樣的市場(chǎng)趨勢(shì)下，一些重要的半導(dǎo)體行業(yè)也大舉切入到 GaN 市場(chǎng)。
就在 2 月 20 日，臺(tái)積電與意法半導(dǎo)體宣布，雙方將合作加速 GaN 制程技術(shù)的開(kāi)發(fā)，并將分離式與整合式 GaN 元件導(dǎo)入市場(chǎng)——透過(guò)此合作，意法半導(dǎo)體將采用臺(tái)積電公司的 GaN 制程技術(shù)來(lái)生產(chǎn)其 GaN 產(chǎn)品。
關(guān)于本次合作，臺(tái)積電業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)副總經(jīng)理張曉強(qiáng)博士表示，期待和意法半導(dǎo)體合作把 GaN 功率電子的應(yīng)用帶進(jìn)工業(yè)與汽車功率轉(zhuǎn)換。具體來(lái)說(shuō)，GaN 能夠協(xié)助意法半導(dǎo)體提供中功率與高功率應(yīng)用所需的解決方案，包括應(yīng)用于油電混合車的轉(zhuǎn)換器與充電器。
可見(jiàn)，雙方的著力點(diǎn)其實(shí)是在汽車的電氣化方面。
一項(xiàng)新材料新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向消費(fèi)者，需要集齊多方面的的因素，比如說(shuō)上游的產(chǎn)能和良率，中游的研發(fā)、制造和生態(tài)鏈的完善，以及下游廠商和消費(fèi)者的認(rèn)知和接受度，當(dāng)然還有售價(jià)是否親民的問(wèn)題——從目前的行業(yè)情況綜合來(lái)看，GaN 已經(jīng)做好了走向大眾充電市場(chǎng)的準(zhǔn)備。
最后的小問(wèn)題：多少錢的 GaN 充電器，你能夠接受呢？
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