宽禁带半导体最明显的特征,便是它的半导体禁带宽度宽,从材料的性质方面更接近于绝缘体。因此,以氮化镓和碳化硅为代表的这类宽禁带半导体材料,拥有高的击穿电场强度、高的工作温度、低的器件导通电阻、高的电子密度等优势,目前宽禁带半导体主要在三个领域有强大的市场的竞争力
GaN器件本质上是常开器件,因为GaN / AlGaN异质结中具有2DEG通道。 不过,电力电子行业迫切需要常闭设备。 实现这一目标有两种方法:名为Cascode(栅地阴地放大器)的方法或实现真正的单片增强模式设备。400 V和600 V设备的增强型GaN概念,适用于市场上最强大和最具性能概念的所有消费和工业应用
第一是射频器件,即微波毫米波器件。相比于砷化镓和硅等半导体材料,在微波毫米波段的宽禁带半导体器件工作效率和输出功率明显高,适合做射频功率器件。民用射频器件主要用在移动通信方面,包括现在的4G、5G和未来的6G通信。例如,国内新装的4G和5G移动通信的基站几乎全用氮化镓器件。尤其是5G基站采用MIMO收发体制,每个基站64路收发,耗电量是4G基站的3倍以上,而且基站的密集度还要高于4G基站,不用高效率的氮化镓器件几乎是不可能的。未来6G通信频率更高、基站数更多,矛盾将更加突出。
第二是大功率电力电子器件。快充装置、输变电系统、轨道交通、电动汽车和充电桩等都需要大功率、高效率的电力电子器件。无疑宽禁带半导体,尤其是碳化硅、氮化镓具有比其他半导体材料更为明显的优势。
第三是光电器件。宽禁带半导体尤其在短波长光电器件方面有很明显的优势。例如蓝光,现在所有的半导体照明已经采用了氮化镓。在紫光、紫外光甚至在黄光、绿光等方面都可以直接用氮化物半导体作为材料。
氮化镓在硬开关拓扑结构中具有独特优势,在宽负载范围内的平均效率 > 99%。 使用简化的拓扑结构和GaN开关性能的优势还可以降低系统成本。氮化镓的目标应用包括 USB-C 适配器和充电器、48 V 配电、服务器和电信开关电源、太阳能和储能系统、电机驱动器、机器人和无人机等