GaN 會(huì)在市場(chǎng)上大獲成功嗎？

新 IC 工藝的開發(fā)和商業(yè)化，尤其是有些激進(jìn)的工藝，在我看來一直是設(shè)備技術(shù)的神奇和神秘的終結(jié)。是的，有聰明的電路、架構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是構(gòu)思一個(gè)新的過程，然后讓它成為現(xiàn)實(shí)和可制造的——以及現(xiàn)實(shí)所需要的一切——似乎需要對(duì)物理定律、材料科學(xué)、量子理論、以及更多。事情并沒有就此結(jié)束：在工藝技術(shù)進(jìn)步之后，我們?nèi)匀恍枰岢鲈O(shè)計(jì)規(guī)則和模型，以便 IC 設(shè)計(jì)人員和生產(chǎn)流程能夠真正利用該工藝。

我們的大多數(shù)工藝都使用硅作為襯底（同樣是摩爾定律），并具有復(fù)雜的變化，例如用于特殊應(yīng)用的絕緣體上硅 (SOI) 或 SOS（藍(lán)寶石上硅）。這是有道理的：自從硅在 1960 年代和 1970 年代取代鍺成為首選的半導(dǎo)體材料以來，人們已經(jīng)在很多層面和很多方面對(duì)它進(jìn)行了研究、分析和理解。硅不僅具有偶然的電學(xué)特性，它還具有良好的機(jī)械特性，可用于 MEMS 設(shè)計(jì)，而且它是現(xiàn)成的材料。它在這方面取得了如此大的成功，以至于在工程師甚至非技術(shù)人員中，“硅”經(jīng)常被用作“芯片”（我不喜歡使用的詞；請(qǐng)參見此處）和 IC 的替代品。

我們所依賴的 IC（和分立器件）的物理基礎(chǔ)可以在經(jīng)典元素周期表的各個(gè)列和行中找到，尤其是第 13 和 14 族（以前稱為 IIIA 和 IVA）。

由于各種原因（想想 SiGe），使用其他材料的嘗試難以獲得穩(wěn)固的牽引力，但已經(jīng)取得了成功。砷化鎵（GaAs）用于微波集成電路、紅外發(fā)光二極管、激光二極管和太陽能電池；其中一些是大批量、低成本的應(yīng)用程序，但很多不是。也有不同的 GaAs 被使用，例如來自領(lǐng)先測(cè)試和測(cè)量供應(yīng)商的 35-GHz 示波器的模擬前端中的銦鎵砷 (InGaAs) 器件。

現(xiàn)在，氮化鎵（GaN）開始在功率產(chǎn)品中獲得重要的吸引力。它指出了對(duì) GaN 的各種重大投資，而資金是將基于 GaN 的功率器件轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟊娛袌?chǎng)、大批量、高良率工藝所需的關(guān)鍵因素之一。這與“又一個(gè)智能手機(jī)應(yīng)用程序”相去甚遠(yuǎn)，這是肯定的。

有這么多基于硅的 IC 可用作標(biāo)準(zhǔn)器件，為什么還要為 GaN 煩惱呢？畢竟，基于硅的工藝已經(jīng)成熟且易于理解，并擁有龐大的、多方面的基礎(chǔ)設(shè)施來支持它們。答案很簡(jiǎn)單：效率。GaN 器件有望將效率提高幾個(gè)百分點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)更小的封裝、更容易的封裝熱設(shè)計(jì)、更長的運(yùn)行時(shí)間和更低的損耗，這些都是好事。鑒于這些屬性越來越重要，無論是由于性能要求還是環(huán)境/監(jiān)管要求，GaN 的較高價(jià)格可能是可以接受的（在一定程度上）。

GaN 會(huì)在市場(chǎng)上大獲成功嗎？我不知道; 當(dāng)然，這也取決于“成功”的定義。它可能無法達(dá)到兆硅數(shù)字處理器 IC 的有源器件密度，但這對(duì)于與電源相關(guān)的產(chǎn)品來說不是必需的，因?yàn)槊總€(gè) IC 的有源器件數(shù)量通常為個(gè)位數(shù)。當(dāng)然，從競(jìng)爭(zhēng)驅(qū)動(dòng)、市場(chǎng)增長以及第二或替代來源的前景來看，擁有多家供應(yīng)商提供基于 GaN 的器件是一件好事，這總是受到設(shè)計(jì)師和采購代理的歡迎。此外，基于硅的世界并不是一成不變的，雖然我們可能已經(jīng)到了功率器件收益遞減的地步，但仍在不斷改進(jìn)。
 
對(duì)于供應(yīng)商現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師 (FAE) 和 OEM 設(shè)計(jì)人員來說，還有一個(gè)更大的挑戰(zhàn)，因?yàn)槿魏蜗鄬?duì)較新的工藝和設(shè)備都會(huì)加入其中。每個(gè)新工藝及其特定設(shè)備都有已知和未知的特性，以及微妙的二階和三階特征；這些是每個(gè)人都必須發(fā)現(xiàn)的“個(gè)性”特征，以避免在深夜/長周末找出那些難以捉摸的故障并防止看似隨機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)問題。

我們使用過任何 GaN 功率器件嗎？我們是否考慮過使用它們？我們是否熱衷于、不冷不熱或害怕設(shè)計(jì)基于非硅工藝的設(shè)備，或者將它們放在我們的 BOM 上？