增強(qiáng)型氮化鎵 (GaN) 晶體管已商用五年多。市售的 GaN FET 設(shè)計(jì)為比最先進(jìn)的硅基功率 MOSFET 具有更高的性能和更低的成本。這一成就標(biāo)志著 60 年來第一次在性能和成本方面任何技術(shù)都可以與硅相媲美，并標(biāo)志著古老但老化的功率 MOSFET 的最終取代。

在過去五年中，使用 GaN FET 的應(yīng)用數(shù)量呈指數(shù)增長(zhǎng)。它們最初旨在提高隔離式和非隔離式 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的效率。但是，由于 GaN FET 的超快開關(guān)速度，令人驚訝的新應(yīng)用已經(jīng)浮出水面。GaN 技術(shù)支持的新應(yīng)用示例包括用于自動(dòng)駕駛汽車的高分辨率 LiDAR、增強(qiáng)的人機(jī)界面、用于 4G/LTE 等無線網(wǎng)絡(luò)的 RF 包絡(luò)跟蹤、無需電源線的無線電力傳輸以及高分辨率 MRI更精確地隔離人體組織不規(guī)則性的系統(tǒng)。GaN FET 還展示了在極端輻射環(huán)境中運(yùn)行的能力，這為衛(wèi)星電源系統(tǒng)開辟了許多新的可能性。

除了這些全新的應(yīng)用之外，GaN 晶體管在高效 DC-DC 轉(zhuǎn)換器方面也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。通常，基于 GaN FET 的系統(tǒng)的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于基于硅的系統(tǒng)，其尺寸總是更小、效率更高，并且已被證明非?？煽俊?nbsp;

作為GaN技術(shù)快速發(fā)展的一個(gè)例子，2014年9月，我公司推出了第一款增強(qiáng)型GaN集成電路。這是一個(gè)單片半橋器件系列，可進(jìn)一步提高系統(tǒng)速度和功率密度。更復(fù)雜的 IC 將隨之而來。GaN 技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)展非常迅速，讓人想起硅基數(shù)字 IC 中的摩爾定律。

許多預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)，例如 IHS 和 Yole Development，都預(yù)測(cè)到 2021 年 GaN 晶體管的收入將超過 10 億美元。我們預(yù)測(cè)，在 GaN FET 首次面世時(shí)甚至還不存在的新的最終用途應(yīng)用將幾乎占到 GaN 晶體管的一半。  

GaN技術(shù)正在引領(lǐng)電力電子創(chuàng)新的新紀(jì)元。與傳統(tǒng)的硅基 MOSFET 相比，GaN 晶體管更可靠、更快、更小且制造成本更低，為全新產(chǎn)品提供了新的可能性，從而改善了我們的日常生活。

氮化鎵器件可以替代硅器件嗎？

氮化鎵基功率晶體管和集成電路的最初應(yīng)用是利用硅基氮化鎵晶體管具備比MOSFET快約10倍和比IGBT快100倍的優(yōu)勢(shì)，例如4G / LTE基站的射頻包絡(luò)跟蹤和面向全自動(dòng)駕駛汽車、機(jī)器人、無人機(jī)和安防系統(tǒng)的激光雷達(dá)系統(tǒng)等應(yīng)用，它們是發(fā)揮高速開關(guān)的氮化鎵器件的首批應(yīng)用。 此后，產(chǎn)量不斷增長(zhǎng)，目前氮化鎵功率器件的價(jià)格與具有相同導(dǎo)通電阻的MOSFET器件相約。 這使得傳統(tǒng)應(yīng)用諸如用于數(shù)據(jù)中心和計(jì)算的48 V DC/DC轉(zhuǎn)換和多種汽車應(yīng)用，可以采用基于氮化鎵器件的解決方案。

數(shù)據(jù)中心服務(wù)器

云的增長(zhǎng)迫使數(shù)據(jù)中心相應(yīng)增長(zhǎng)，而數(shù)據(jù)中心是能源的主要消耗者。 減少功耗的一種方法是在輸入至負(fù)載點(diǎn)應(yīng)用，去除一個(gè)功率轉(zhuǎn)換級(jí)。目前通常使用兩級(jí)轉(zhuǎn)換：從背板上的48 V轉(zhuǎn)換到配電所需的12 V，以及對(duì)數(shù)字晶片供電時(shí)，轉(zhuǎn)換至大約1 V。憑借氮化鎵器件具有快速開關(guān)、小尺寸和更高的效率的優(yōu)勢(shì)，電源設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在能夠直接將48 V轉(zhuǎn)換為負(fù)載點(diǎn)所需的1 V范圍之內(nèi)，而不需要在12 V轉(zhuǎn)換。 由于支持云基礎(chǔ)架構(gòu)所需的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)中心的迅速發(fā)展，因此，采用這種單級(jí)轉(zhuǎn)換架構(gòu)以大大節(jié)省能源的潛力龐大。

全自動(dòng)駕駛車輛/擴(kuò)增實(shí)境（AR）

其中讓人感到興奮并可瞥見未來的應(yīng)用是全自動(dòng)駕駛車輛。如果您仔細(xì)看，您會(huì)看到在車頂上安裝了用作車輛的“眼睛”的激光雷達(dá)（lidar）系統(tǒng)。lidar器件快速發(fā)射出控制光束，以及紀(jì)錄光束從一個(gè)物體上反射回來到傳感器的時(shí)間，并且可以確定這個(gè)物體的方向，從而制成在車輛四周的三維360度全景。激光光束的發(fā)射速度越快，lidar系統(tǒng)識(shí)別物體的能力或場(chǎng)景的分辨率將會(huì)更高。 氮化鎵技術(shù)在lidar系統(tǒng)中發(fā)揮非常重要的作用 - 與可比的硅基組件相比，氮化鎵器件以更高的速度發(fā)射激光信號(hào)。

與推出市場(chǎng)已經(jīng)超過70年的硅基器件相比，氮化鎵技術(shù)的發(fā)展才剛剛開始，并且在過去數(shù)年間才商用化。此外，如本文所分析，利用氮化鎵技術(shù)的高效、快速開關(guān)及小尺寸等卓越優(yōu)勢(shì)的新興應(yīng)用已經(jīng)出現(xiàn)。當(dāng)?shù)壖夹g(shù)的學(xué)習(xí)曲線的速率加快、它的最終用途變得更為廣泛及隨著氮化鎵技術(shù)年復(fù)一年不斷的發(fā)展和完善，它將會(huì)為整個(gè)產(chǎn)業(yè)帶來光明的前景。