氮化镓：开启电源新时代的 “神奇材料”，一文读懂其奥秘与应用

氮化镓作为一种二元 III/V 族直接带隙半导体晶体，常见为纤锌矿晶体结构，需在高温下于异质衬底（射频用碳化硅，功率电子用硅）生长。其能隙达 3.4 电子伏，大于砷化镓和硅。因大能隙，它具备高击穿电场、电子高饱和速度，可在高电压下工作，产生高电流密度和功率密度。碳化硅基氮化镓热属性佳，且氮化镓有压电性，应用于滤波器。其优势使它在多领域发挥重要作用。

氮化镓（GaN）是氮和镓的化合物，属直接带隙半导体，硬度高且宽能隙。作为第三代半导体典型，相比第一代硅基优势显著。应用于新能源汽车、轨道交通等多领域，其功率器件多样。基于氮化镓的芯片面积小、密度高，功率密度超硅基方案，且使设备外围无源元件减少、体积缩小，未来或在中低功率替代硅基器件，前景广阔。

氮化镓与氧化镓作为半导体材料中的佼佼者，特性与应用各有千秋。氮化镓电子迁移率比硅高 3 倍，具备高热导率、宽带隙和耐高温特性。基于这些优势，它在 LED 照明中实现高效节能，在激光器、太阳能电池、无线通讯、集成电路及生物医学等领域均有重要应用。氧化镓则常用于制作高低介电常数薄膜，在光电子器件、传感器、阻变存储器等制作中发挥关键作用，推动着各领域的技术进步 。

氮化镓作为第三代半导体的典型代表，以其宽禁带、高输出功率、高功率密度、高工作带宽、高效率、高可靠性等卓越性能，区别于第一、二代半导体材料。在新型电子器件领域，是制备高温大功率及高频微波器件的关键材料；在光电器件方面，覆盖从红色到紫外光谱范围，于照明、显示等领域应用广泛。伴随 5G 等技术发展，氮化镓在射频领域潜力巨大，虽面临成本与技术挑战，但未来前景广阔，将为多领域发展提供有力支撑。

氮化镓作为第三代半导体的典型材料，具有稳定的化学性质、独特的晶体结构和优良的物理特性，如高硬度、宽能隙等。基于氮化镓的电源设备展现出高效能、体积小、响应快速、可靠性高和环保等显著优势，然而也存在成本高昂、技术难度大、易产生噪声以及使用需谨慎等不足。氮化镓在众多领域应用广泛，对降低能耗、减少碳排放意义重大，正引领着电源技术的革新与发展，未来发展潜力巨大。