GaN就像一辆法拉利:“GaN如何在2021年的快车道上。
2020年12月18日,通过杰克赫兹2020年，从汽车到音频放大器，GaN晶体管的应用掀起了一波浪潮。我们采访了GaN Systems的首席执行官Jim Witham，来了解他为什么认为2021年将会有更多的GaN被采用。
而氮化镓(GaN)晶体管曾经是对20年前大学研究项目的思考，这些设备现在已被整个行业广泛采用，特别是在2020年。
氮化镓晶体管现在是硅基场效应晶体管的流行替代品因为它们提供了极高的电子迁移率。与硅基晶体管相比，氮化镓晶体管的导通电阻更小，切换速度明显更快。
GaN和Si晶体管。图片由EPC
GaN晶体管的驱动方式与传统的mosfet相同，使得它们很容易集成到现有的设计中。这就是为什么2020年GaN的市场接受度很高，实现GaN的电源、音频放大器、数据中心和汽车系统比以往任何时候都多。
到2020年，氮化镓功率晶体管的市场机会剧增。图片由氮化镓系统
亚搏电子All About Circuits有幸采访了GaN Systems的首席执行官Jim Witham (2018年我们还采访过哪些人)来听听他对GaN的未来的预测，以及为什么2021年可能会进一步推动这项技术的普及。
中电压：GaN的甜蜜点
首先，从快速充电器到数据中心，GaN似乎已经在许多关键行业取得了进展。虽然GaN并不是所有电源应用的解决方案，但据Witham介绍，它的“最佳位置”在60v到1200v范围内。
“硅适用于低电压(60v及以下)和低功率，GaN适用于中电压(60 - 1200v)和中功率，而SiC和igbt适用于高电压(1200v及以上)和高功率，”他说。
充电器和适配器
在2020年，GaN广泛应用的一个市场是手机、平板电脑和手持游戏设备等应用的充电器和适配器市场。
产生这种需求的一个直接原因是，快速充电受到了广泛的推动，尤其是来自亚洲的制造商。更快的充电需要更高的电量，这通常意味着更笨重的设备。氮化镓以更小的充电器和更高的功率水平填补了这一市场需求。
框图之一在半导体的支持GAN的电源中。图片由在半导体
威瑟姆说:“特别是华为、Oppo和小米都在加速充电。”GaN Systems预计，随着GaN成为行业标准，2021年其他知名品牌也将开始将自己的GaN充电器推向市场。
音频
在我们的谈话中，Witham讲述了他在硅放大器和氮化镓放大器之间的“声音断开”的经历。起初，他担心差别不会太大。“伙计，这太容易(听出它们的区别)了，”他说。“你闭上眼睛，以为你在听一场现场音乐会。”
不断增长的需求，小，高质量的音频设备的低功耗，使D类音频放大器的粉丝最喜爱的设计师。依靠一个MOSFET输出级，D类放大器依靠这些晶体管的快速切换速度来准确地再现音频波形。
一个完整的音频放大器平台。图片由氮化镓系统
这是GaN超越硅的另一个地方，原因是其极高的开关速度，有时比硅基fet快1000倍。GaN系统公司的一份白皮书量化这种卓越的音频质量，表明gan基D类放大器可以产生低至0.004%的总谐波失真(THD)，而硅产品的THD为0.015%。
对于我的评论，“我有音频人员告诉我，‘你是我认为我们能得到的最接近完美的晶体管。GaN Systems预测，由于体积较小和音频质量优越，很多世界知名的音频品牌将在未来一年生产基于GaN的放大器。
数据中心
从GaN Systems的角度来看，GaN是日益不堪重负的数据中心的必备支柱，随着越来越多的人在家工作，这些数据中心管理着前所未有的电力消耗和数据密度。该公司表示，GaN晶体管可以在三个关键领域取得显著改善:
- 交流-直流电源，高压进入服务器机架，必须降压，将电源分配到所有服务器
- 服务器板上的DC-DC转换器，将电压从一个DC电压(无论是12v、24v或48v)降至一个低芯片级电压
- 在主电源停电的情况下备用电源
GaN Systems最近宣布了一种绝缘金属基板(IMS3)平台，该平台将与该公司的GaN E-HEMTs一起用于数据中心。图片由氮化镓系统
实现更小、更高效的电源供应将允许数据中心在机架上安装更多的服务器，提高每平方米的性能。
汽车
GaN Systems最后一个看到巨大前景的领域是汽车行业。事实上，去年，宣布推出一款“全gan”汽车在丰田汽车展上随着各国政府和公众对电动汽车的要求越来越高，设计师们的任务是除了集成先进的电池技术外，还要集成更小、功率密度更高的系统。
与硅mosfet相比，基于gan的技术允许激光雷达中的激光信号以显著更高的速度发射。图片由EPC
最近,我们讨论了为GaN HEMTs建立通用可靠性标准的挑战GaN Systems似乎已经适应了验证道路上GaN安全性的需求。今年,该公司发布了AutoQual+程序，扩展了AEC-Q测试序列。
在威瑟姆看来，2021年是“见证GaN晶体管上路”的一年。
GaN的成本、设计和“绿色”价值
根据GaN Systems和许多其他半导体制造商的说法，早期围绕GaN的担忧不再浮现。
“氮化镓节省的电费超过一千瓦。随着产量的增加，成本就会下降，”Witham说。除了价格之外，供应商还提供了强大的技术文档——白皮书、应用说明、参考设计等等，以支持仍在适应这种快速MOSFET的设计师。
谈到设计学习曲线，随着幽默的哈姆姆观察，“甘然是一个像法拉利一样;你必须学习如何推动它。”
传统的高压半桥与GaN FET半桥相比。图片由Nexperia
荷兰甘露群岛最令人兴奋的承诺之一是它将拥有的长期环境影响。哈姆姆结束了谈话，说：“我们在动力革命中。我们看到这些小巧，轻巧，非常高效的电力电子产品出来。。。[和]他们会使这个星球成为一个更好的地方。“
氮化镓系统将氮化镓视为完成这项任务的基本构件。
跟进其他供应商对氮化镓的需求
虽然GaN Systems是GaN晶体管技术的先驱，但其他半导体制造商也想分一杯羹。读读业内其他知名供应商是如何对GaN进行巨额投资的吧。
