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【GaN 憑什麼躍然而起?】
氮化鎵 (GaN) 市場可概略分為光電和功率兩大塊,現階段,在發光二極體 (LED)、射頻 (RF) 元件和無線充電較具優勢,在 LED 照明和顯示器等光電領域擁有高滲透率;但著眼於它能最小化功率損耗並具有小型化、高速開關和高擊穿電壓等特性,今後功率半導體的成長空間相對更大,初期鎖定「低電壓之高階產品」。
隨著技術推進、工作電壓拉高,未來在新能源、智能電網、資通訊設備和消費電子前景看俏,無線和自動化設備發展以及汽車 GaN LED 汰換潮,將成為推動氮化鎵的主力。GaN 理論上能以高於碳化矽 (SiC) 的速度進行切換、實現高速開關操作,確保電氣系統的高效率操作;物理學家表示,如果將具有高擊穿電壓和低導通電阻的氮化鎵,推廣至所有電子設備,全球用電量可減少 10~25%!
GaN 的低導電性能以緊湊尺寸維持高能量應用,進一步實現電路小型化或在同一區域擠進更多的氮化鎵。用一個淺顯易懂的形容,就是能把筆記型電腦 (NB) 原本大如磚塊的笨重充電器,精簡至一盒餅乾大小,更加輕巧、方便攜帶。此外,光達 (LiDAR) 改用增強型氮化鎵 (eGaN) 晶片感知環境的精度可以「吋」計算,較矽晶片只能明確至 10 呎以內表現更佳。
特別一提的是,氮化鎵對離子輻射靈敏度低,極適合作為衛星的太陽能電池陣列材料或應用於超音波、核磁共振成像 (MRI) 和結腸鏡檢查外科手術等醫療設備,在輻射環境相對穩定亦有利於航太和軍事——GaN 已被歐洲太空總署 (ESA) 認定為「關鍵使能技術」;美國國家航空暨太空總署 (NASA) 亦資助氮化鎵研究以支援水星和金星的探索。
當人們還在掙扎什麼情境下值得採用 GaN?新的強勁對手已悄然出現。美國國家可再生能源實驗室 (NREL) 拋出一個震撼彈:未來「氧化鎵」(三氧化二鎵,Ga2O3) 的成本可能更低!考慮諸如晶體生長和晶錠加工之類的因素,氧化鎵晶圓成本比 SiC 便宜 3~5 倍,且晶圓尺寸較 GaN 更容易擴大,可能為現有的矽、碳化矽和氮化鎵技術提供互補,應用在 AC-DC 轉換等低頻、高壓應用。
延伸閱讀:
《氮化鎵:輕巧、耐熱、高速開關,節能一把罩》
http://compotechasia.com/a/feature/2019/0409/41524.html
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