在電力電子領域，諸如氮化鎵（GaN）之類的化合物半導體正試圖取代以硅為基礎的功率器件，因此受到了越來越多的關注，在過去30多年的時間里，硅基功率器件一直在繁重的工作中，不難看出為什么。GaN具有驚人的寬帶隙，出色的擊穿場（比硅大十倍），并且導熱率比硅好得多，因此，對于任何高速和高功率應用而言，GaN都是合乎邏輯的選擇。如果沒有基于化合物半導體的不間斷電源（UPS）系統，尖叫的基于硅的快速微處理器就毫無用處。

氮化鎵的狀態

電力電子產品是一個每年900億美元的市場（正如我們在本系列第一部分中對基于硅的電力電子產品的緊湊建模關注所討論的那樣），并且如圖1所示，硅成為唯一的電力電子產品市場只是因為它能夠在那兒買路！

圖1.氮化鎵和Sslicon在各種性能指標上的比較。

無可否認，硅具有成本優勢。氮化鎵制造成本較高的最大因素是晶片成品率。硅制造技術已經足夠成熟，可以大規模生產直徑達18英寸的晶片，而GaN晶片仍在6英寸的晶片上制造。GaN制造的基底選擇范圍從硅或藍寶石基底（便宜但較大的晶格失配和非常大的熱膨脹系數）到碳化硅（SiC）基底（較低的晶格失配但成本高昂）。也就是說，即使當今的市場價格有利于硅，但通過部署基于GaN的電子產品所帶來的效率提高以及節電的節省將在未來幾年內侵蝕硅的成本優勢。

圖2.在概念的不同階段中跨電壓和電流的基于GaN的應用。

圖2描繪了當今使用GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）的各種應用的快照。GaN HEMT已在低功率或中功率消費UPS中使用，該系統可在電網電源故障的情況下將電池中存儲的能量從DC轉換為AC。此外，由于GaN具有出色的開關損耗和雙向電流流動性，因此已在電信系統的功率因數校正（PFC）單元和負載點穩壓器中進行了商業部署（其中線性或DC / DC穩壓器需要放置得很近）。盡可能使用它們）。基于GaN的電動汽車充電系統（認為是Tesla），用于工業應用的大功率UPS系統，電機驅動器和光伏逆變器已經處于原型開發階段。關鍵要點在于，由于固有的性能指標不佳（圖1），GaN器件有望革新和小型化硅甚至無法競爭的應用（圖1），這反過來將補貼GaN的制造成本，并使其價格與硅具有競爭力。在不久的將來將GaN廣泛應用于電氣系統中，將類似于在購買本田思域汽車時獲得類似法拉利的性能。

編輯：hfy