半導體“黑科技”：氮化鎵（GaN）是何物？

氮化鎵（GaN）被譽為是繼第一代 Ge、Si 半導體材料、第二代 GaAs、InP 化合物半導體材料之后的第三代半導體材料，今天金譽半導體帶大家來簡單了解一下，這個材料有什么厲害的地方。

研發背景

氮化鎵（GaN）是一種人造材料，于1928年被人工合成，自然形成氮化鎵（GaN）的條件極為苛刻，需要2000多度的高溫和近萬個大氣壓的條件才能用金屬鎵和氮氣合成為氮化鎵（GaN），在自然界是不可能實現的。后面通過70年的技術改進，于90年代開始被廣泛應用于發光二極管上，研發之初是用于制造出顏色從紅色到紫外線的發光二極管。

認識氮化鎵（GaN）

氮化鎵（GaN）是一種無機物，化學式GaN，是氮和鎵的化合物，是一種直接能隙（direct bandgap）的半導體。此化合物結構類似纖鋅礦，硬度很高。GaN是極穩定的化合物，又是堅硬的高熔點材料，熔點約為1700℃。

物理外觀上氮化鎵（GaN）一般為黃色粉末，類鉛鋅礦晶體，摩爾質量為 83.73 g/mol g · mol ? 1，熔點在 2500 ° C 以上，密度為 6.15 g/cm3。遇水能產生化學反應，且不可燃。

后來在應用過程發現：氮化鎵（GaN）晶體可以在各種襯底上生長，包括藍寶石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。在硅上生長 GaN 外延層可以使用現有的硅制造基礎設施，從而無需使用成本很高的特定生產設施，而且可采用低成本、大直徑的硅晶片。

應用范圍

氮化鎵的應用范圍十分廣闊，目前被廣泛用于軍工電子、通訊、功率器件、集成電路、光電子等領域中。而且氮化鎵（GaN）作為一種寬禁帶化合物半導體材料，具備禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導率大、開關頻率高，以及抗輻射能力強等優勢。

其中，開關頻率高意味著應用電路可以采用尺寸更小的無源器件；擊穿電壓高則意味著電壓耐受能力比傳統硅材料高，不會影響導通電阻性能，因此能夠降低導通損耗。種種優勢加持下，氮化鎵成為了更好支持電子產品輕量化的關鍵材料，是目前最具發展前景的材料。

氮化鎵（GaN）在大功率、高溫、高頻、抗輻射的微電子領域，以及短波長光電子領域，有明顯優于硅（Si）、鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）等第一代和第二代半導體材料的性能。它們具備高頻、高效、高功率、耐高壓、耐高溫、抗輻射能力強等優越性能，貼合節能減排、智能制造、信息安全等國家重大戰略需求，是支撐新一代移動通信、新能源汽車、高速軌道列車、能源互聯網等產業自主創新發展和轉型升級的重點核心材料和電子元器件，已成為全球半導體技術和產業競爭焦點。

第三代半導體材料五高特性

每一次新材料的發明和應用，都是對行業的沖擊，沖擊中既有挑戰，也蘊藏著機遇。把握好新材料的應用對于廠商、行業、甚至國家都有巨大的發展意義。氮化鎵的發展與現狀就生動的詮釋了這一點——如今，屬于氮化鎵的賽道已開啟，前路還長，讓我們拭目以待！

審核編輯：湯梓紅