中国加入全球“四巨头”，这个新领域，即将爆发！

从2年前被小米拿来当做王牌卖点大肆宣传的“新贵”，到现在几乎成为新产品的标配，氮化镓在短时间内普及到了千家万户。

事实上，说氮化镓材料是“新贵”不太贴切，早在30年前，这种材料就已经被用在半导体上。

1、搭桥铺路

导体行业发展近百年，已经经历了3代半导体晶圆材料的革新。第1代半导体是锗和硅;第2代半导体以砷化镓、磷化铟为代表;氮化镓则属于第3代半导体材料，与其同类的还有碳化硅、氧化锌、氧化铝、金刚石等。

其中，氮化镓和碳化硅是目前研究最为火热的第3代半导体材料，被称为第3代半导体的“双子星”。

在氮化镓和碳化硅中，碳化硅热导率较高，使得其在高功率应用中占据统治地位;由于氮化镓具有更高的电子迁移率，具有更高的开关速度，在高频率应用领域，氮化镓具备优势。

一般说来，电压300-600V的环境下，氮化镓有优势;在600V以上的环境下，碳化硅有优势。

所以现在可以看见，碳化硅功率器件在电动汽车身上越来越多见，而氮化镓的应用领域更多，先伴随着家用电器开枝散叶。

那么，比起第1代和第2代半导体，第3代半导体的进步在哪里呢?

从名字就能看出来——第3代半导体又称作“宽禁带半导体”，其核心优势就在“宽禁带”上。

先简单科普一下“禁带”的概念。

初中化学内容：一个物体能否导电以及导电能力强不强，取决于其能否产生自由流动的电子以及产生自由电子的能力。金属类元素的原子核对外层电子的束缚能力较弱，因此表现为良导体;非金属元素原子核对于外层电子束缚能力强，因此外层电子不能自由流动，成为了绝缘体。

而半导体在二者之间——它本身不导电，但是在一定的状况下，比如掺进杂质后，就可以导电。

在固体中，原子外的电子会分成不同能级，当原子间相互作用导致能级移动时，就产生了一组差别很小的能级，也就是能带。其中，电子从最低能级开始依次向上填充，被填满的能带称为满带，满带中能量最高的一条称为价带。由于已经挤满了电子，可以认为价带中的电子是不导电的

从价带继续往上，就是没有被填满的能带，由于这个能带几乎是空的，所以电子可以自由移动，这个能带就是导带。在导带和价带之间的就是禁带。换句话说，禁带就是电子从价带“突破”到导带所需的能量。

简单打个比方，满带就像半导体内一条挤满电子的公路A，导带则是旁边是一条空荡荡的公路B，禁带是公路A和公路B之间的沟，价带则是公路A上最靠近公路B的车道。

如果沟太宽，电子没办法从公路A跳到公路B上去，交通便陷入彻底瘫痪，这就是绝缘体;如果沟很窄，电子很容易走上公路B，交通就会立刻顺畅起来，这就是金属。半导体就是在公路A和公路B之间搭了一座升降桥，实现电子可控地移动。

从这里我们可以知道，半导体的禁带不能太窄，否则只需很小的能量就能让所有电子自由移动。半导体就变成了导体，上面的电流不再可控。

更关键的是，这种情况是不可逆的，所有电子成为自由电子后，化学键就破裂了，材料本身发生了变性。一旦化学键破裂，就会和环境中的其他原子，例如氧，形成新的化学键，就不再是晶体了。

反过来，禁带宽的好处有很多。比如和前面说的相反，禁带越宽，意味着这个材料本身越难成为导体，可以承受的电压也就越高，用它制作半导体器件也就能承受更高的功率和温度。

进而，相对于原来的硅器件，同样电压等级下，宽禁带半导体的die(从晶圆上切割下的芯片)可以做得更小，从而让干扰半导体元件性能的寄生参数更小，发热更小。寄生参数小则带来导通速度快、反向恢复电流小、开关损耗小、承受温度高等优势。

指标上可以看出，第3代半导体几乎全面领先硅和砷化镓：

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2、年增70%的产业

虽说已经出现30多年，但早前，氮化镓的应用主要集中在半导体照明行业，而最被看好，也是当前讨论最热烈的，是其在电力电子领域的前景。

在这方面，目前处于美国、欧洲、日本、中国“四足鼎立”状态。

氮化镓产业链和传统半导体产业类似，包括原材料→器件制造→应用三大环节，器件又可以细分成IC设计→芯片制造→芯片封装3个小环节。

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