一般而言,，GaN晶體管比傳統(tǒng)硅器件更快且更有效,。但如果是這樣的話，有什么限制可以阻止它從寶座上取下硅芯片,？

硅技術(shù)正在接近其極限,。同時，仍然需要更快,，需要更有效的電路,。從這一點(diǎn)開始，其中一條路徑是研究人員和公司都要研究不同的材料來制造面向未來的設(shè)備,。

引起業(yè)界關(guān)注的一種材料特別是氮化鎵（gallium nitride）或GaN,，氮化鎵（GaN）已經(jīng)在光電子學(xué)中得到越來越多的應(yīng)用。

以下是GaN的當(dāng)前狀態(tài),。

GaN vs 硅

在研究GaN的物理特性時,，很容易理解為什么它是一種非常有前景的半導(dǎo)體。 GaN是二元III / V直接帶隙半導(dǎo)體,，其帶隙能量為3.4eV,，是帶隙能量僅為1.1eV的硅的幾倍。

這種更寬的帶隙使得GaN非常適用于光電子器件，并且是生產(chǎn)諸如UV LED之類的器件的關(guān)鍵,，其中倍頻是不切實(shí)際的,。 GaN半導(dǎo)體不僅具有1000倍于硅的電子遷移率，而且還能夠在更高的溫度下工作,，同時仍保持其特性（高達(dá)400攝氏度）,。這些組合特性將使GaN在高頻（THz），高溫和高功率環(huán)境中非常理想,。

GaN面臨的問題

雖然GaN器件廣泛用于光電子工業(yè)（例如LED）,，但由于若干原因，它們并不常用于晶體管中,。 GaN晶體管的最大障礙之一是GaN器件通常是耗盡型器件,，當(dāng)柵極 - 源極電壓為零時它們導(dǎo)通，這是一個問題,，因?yàn)殡娫措娐泛瓦壿嬕蕾囉诔ｉ_和常關(guān)晶體管,。

目前,，有幾個提議要建立在柵極 - 源極電壓為零時關(guān)閉的GaN器件,，包括添加氟離子，MIS型柵極堆疊,，組合的GaN和Si器件,，以及使用P型AlGaN / GaN異質(zhì)結(jié)頂部的材料。

目前的GaN應(yīng)用

雖然包含GaN晶體管的器件數(shù)量很少,，但幾家公司正在嘗試增加對GaN基產(chǎn)品的興趣,。例如，松下已經(jīng)使用他們的專利X-GaN技術(shù)在許多應(yīng)用中生產(chǎn)GaN基晶體管,，包括電源轉(zhuǎn)換器（效率高達(dá)99％）和電機(jī)配置中晶體管的替代品,。他們的X-GaN晶體管也可以完全取代MOSFET和續(xù)流二極管，從而節(jié)省能源并減小電路的物理尺寸,。

GaN晶體管因其卓越的頻率特性而進(jìn)入無線電應(yīng)用領(lǐng)域，與Comtech PST公司合作生產(chǎn)BPMC928109-1000型號,，這是一種GaN放大器,，用于高速攝像機(jī)，空中交通管制,，甚至軍事應(yīng)用,，要求頻率在9.2-10GHz之間，10kW功率,。

GaN會取代硅嗎？

與硅相比,，GaN具有許多重要優(yōu)勢,，更節(jié)能，更快,，甚至更好的恢復(fù)特性,。然而，雖然GaN似乎是一個優(yōu)越的選擇,，但在一段時間以內(nèi)它不會在所有應(yīng)用中取代硅片,。

需要克服的第一個障礙是GaN晶體管的耗盡性質(zhì);有效功率和邏輯電路需要常開和常關(guān)兩種類型的晶體管,。雖然可以生產(chǎn)常關(guān)型GaN晶體管，但它們要么依賴于典型的硅MOSFET,，要么需要特殊的附加層,，這使得它們難以收縮。不能以與當(dāng)前硅晶體管相同的規(guī)模生產(chǎn)GaN晶體管也意味著它們在CPU和其他微控制器中使用是不實(shí)際的,。

GaN晶體管的第二個問題是,，用于制造增強(qiáng)型GaN晶體管的唯一已知方法（在寫入時）是使用獲得專利的松下方法來使用額外的AlGaN層。這意味著涉及這種晶體管類型的任何創(chuàng)新將依賴于Panasonic，直到可以研究其他方法,。

自21世紀(jì)初以來,，GaN器件的工作已經(jīng)出現(xiàn)，但GaN晶體管仍處于起步階段,。毫無疑問,，他們將在未來十年內(nèi)取代電力應(yīng)用中的硅晶體管，但它們?nèi)赃h(yuǎn)未用于數(shù)據(jù)處理應(yīng)用,。

然而,，如果GaN器件可以小型化（小于100nm的特性），那么它們不僅可以用于替代硅以獲得更好的功率效率,，而且它們還可以以更高的速度運(yùn)行并且允許其功率處理器繼續(xù)增加,。

（完）