EPC氮化鎵GaN推動產業功率傳輸轉型
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【GaN 憑什麼躍然而起？】
氮化鎵 (GaN) 市場可概略分為光電和功率兩大塊，現階段，在發光二極體 (LED)、射頻 (RF) 元件和無線充電較具優勢，在 LED 照明和顯示器等光電領域擁有高滲透率；但著眼於它能最小化功率損耗並具有小型化、高速開關和高擊穿電壓等特性，今後功率半導體的成長空間相對更大，初期鎖定「低電壓之高階產品」。
隨著技術推進、工作電壓拉高，未來在新能源、智能電網、資通訊設備和消費電子前景看俏，無線和自動化設備發展以及汽車 GaN LED 汰換潮，將成為推動氮化鎵的主力。GaN 理論上能以高於碳化矽 (SiC) 的速度進行切換、實現高速開關操作，確保電氣系統的高效率操作；物理學家表示，如果將具有高擊穿電壓和低導通電阻的氮化鎵，推廣至所有電子設備，全球用電量可減少 10～25%！
GaN 的低導電性能以緊湊尺寸維持高能量應用，進一步實現電路小型化或在同一區域擠進更多的氮化鎵。用一個淺顯易懂的形容，就是能把筆記型電腦 (NB) 原本大如磚塊的笨重充電器，精簡至一盒餅乾大小，更加輕巧、方便攜帶。此外，光達 (LiDAR) 改用增強型氮化鎵 (eGaN) 晶片感知環境的精度可以「吋」計算，較矽晶片只能明確至 10 呎以內表現更佳。
特別一提的是，氮化鎵對離子輻射靈敏度低，極適合作為衛星的太陽能電池陣列材料或應用於超音波、核磁共振成像 (MRI) 和結腸鏡檢查外科手術等醫療設備，在輻射環境相對穩定亦有利於航太和軍事——GaN 已被歐洲太空總署 (ESA) 認定為「關鍵使能技術」；美國國家航空暨太空總署 (NASA) 亦資助氮化鎵研究以支援水星和金星的探索。
當人們還在掙扎什麼情境下值得採用 GaN？新的強勁對手已悄然出現。美國國家可再生能源實驗室 (NREL) 拋出一個震撼彈：未來「氧化鎵」(三氧化二鎵，Ga2O3) 的成本可能更低！考慮諸如晶體生長和晶錠加工之類的因素，氧化鎵晶圓成本比 SiC 便宜 3～5 倍，且晶圓尺寸較 GaN 更容易擴大，可能為現有的矽、碳化矽和氮化鎵技術提供互補，應用在 AC-DC 轉換等低頻、高壓應用。
延伸閱讀：
《氮化鎵：輕巧、耐熱、高速開關，節能一把罩》
http://compotechasia.com/a/feature/2019/0409/41524.html
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#電源設計 #氮化鎵GaN #無線充電 #AirFuel #WPC #Qi #場效電晶體FET
【高頻操作的 AirFuel 無線充電，需氮化鎵加持】
用傳統矽半導體製程所生產的高功率元器件非常成熟，供應商呈現寡佔的狀態。在中低頻率的應用上，以成本低、效能相對穩定為其特色。但在進階高速光通訊或高頻無線通訊時，此製程將遭遇滯礙；因此，在高頻但低功率的應用上 (如手機) 必需導入 III-V 族化合物半導體的製程。矽晶圓進入奈米製程後，雖可藉由提升元件密度與操作頻率讓操作電壓和功耗隨之變小，適用於生產高效能積體電路，卻很難提升高功率，因為高功率與高頻率基本上是互相抵觸的。
氮化鎵受惠於其優異的物理特性，沒有這種二擇一的兩難困境，可同時兼顧功率、頻率與效能，是高頻功率元件的首選。另同為 III-V 族元素、目前大量生產的砷化鎵 (GaAs) 在高功率上有的缺陷，GaN 正好可彌補其不足，例如：氮化鎵散熱效果佳、可在更高電壓與溫度工作，功率密度表現更優，主要缺憾是成本偏高。所幸，以「矽基」為晶圓底層的獨門製程技術可利用現有矽晶圓廠的設備生產，且能達成高良率和一致性，可望為 GaN 量產帶來新契機。
談到無線充電，WPC 的 Qi 標準由於成熟的工作原理及親民價格，是無線充電個人裝配的主流，但它有三大困難待克服：1. 收、發位置須精準擺放才能對接；2. 有效傳輸距離較短；3. 對金屬材質敏感，異物會發熱，因此目前對 >15W 的高功率充電應用需考慮甚多。Qi 在手機和消費電子等大量商品的無線充電確有優勢，但在一些基礎設施則不然。舉例來說，高檔餐廳不太會希望在高質感的餐桌上挖洞埋進 Qi 的充電裝置。
採用 EPC 氮化鎵元件開發的 AirFuel 充電產品，即使桌面厚度在 6 公分亦能正常工作。GaN＋AirFuel 面向的是特定利基市場，而「大量商品化」(commodity) 路線，與 Qi 標準並不會直接競爭，而能視作一種互補的技術。簡言之，無線充電市場將分道而行，Qi 的目標市場不需用到氮化鎵元件，但高頻操作的 AirFuel 就需氮化鎵加持。氮化鎵技術早在二十年前、就已用在相陣雷達的軍用產品，操作電壓高且成本昂貴。
若能將軍品成功轉向民用，並突破製程、物理與應用限制，使氮化鎵元件大量生產並達到一致性供貨，便可為高階適配器 (adapter)、光達 (LiDAR) 和無線充電等應用提供有力的半導體製造支援，降低成本；戴爾電腦 (Dell) 新推出內建無線充電的高檔筆記型電腦，已開啟高功率無線充電的應用。接收端、發射端皆採用氮化鎵元件，轉換效率可較傳統元器件提高 5～10%。若每台裝置都能提高 10% 的轉換效率，節省下來的電力將很可觀，對環保節能將有莫大貢獻。
延伸閱讀：
《EPC 攜手捷佳科技，開拓高檔電源管理／無線充電市場》
http://compotechasia.com/a/____/2017/0615/35750.html
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