氮化鎵（GaN）被譽(yù)為是繼第一代 Ge、Si 半導(dǎo)體材料、第二代 GaAs、InP 化合物半導(dǎo)體材料之后的第三代半導(dǎo)體材料，今天金譽(yù)半導(dǎo)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(fā)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(xiàn)的。后面通過70年的技術(shù)改進(jìn)，于90年代開始被廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管上，研發(fā)之初是用于制造出顏色從紅色到紫外線的發(fā)光二極管。

認(rèn)識氮化鎵（GaN）

氮化鎵（GaN）是一種無機(jī)物，化學(xué)式GaN，是氮和鎵的化合物，是一種直接能隙（direct bandgap）的半導(dǎo)體。此化合物結(jié)構(gòu)類似纖鋅礦，硬度很高。GaN是極穩(wěn)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(zhì)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(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，且不可燃。

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

應(yīng)用范圍

氮化鎵的應(yīng)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(lǐng)域中。而且氮化鎵（GaN）作為一種寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料，具備禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導(dǎo)率大、開關(guān)頻率高，以及抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)勢。

其中，開關(guān)頻率高意味著應(yīng)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(tǒng)硅材料高，不會影響導(dǎo)通電阻性能，因此能夠降低導(dǎo)通損耗。種種優(yōu)勢加持下，氮化鎵成為了更好支持電子產(chǎn)品輕量化的關(guān)鍵材料，是目前最具發(fā)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(lǐng)域，以及短波長光電子領(lǐng)域，有明顯優(yōu)于硅（Si）、鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）等第一代和第二代半導(dǎo)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(qiáng)等優(yōu)越性能，貼合節(jié)能減排、智能制造、信息安全等國家重大戰(zhàn)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(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級的重點核心材料和電子元器件，已成為全球半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)競爭焦點。

第三代半導(dǎo)體材料五高特性

每一次新材料的發(fā)明和應(yīng)用，都是對行業(yè)的沖擊，沖擊中既有挑戰(zhàn)，也蘊(yùn)藏著機(jī)遇。把握好新材料的應(yīng)用對于廠商、行業(yè)、甚至國家都有巨大的發(fā)展意義。氮化鎵的發(fā)展與現(xiàn)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