半导体|专访纳微半导体：双碳时代的芯片，可以在氮化镓上造

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作者｜周雅

刚刚过去的10月底，纳微半导体（Navitas Semiconductor）成功在纳斯达克上市，上市当天企业价值10亿美元。 1个月后，纳微半导体再进一步，推出采用GaNSenseTM技术的新一代智能GaNFastTM氮化镓功率芯片，为氮化镓技术的探索翻开了新的一页。

氮化镓VS传统的硅，节能又减排
众所周知，硅作为晶体管的首选材料，一直是半导体科技的基石。然而随着普遍认为硅的技术接近发展极限，业界正在寻求替代方案，氮化镓因此走上台前。
氮化镓(Gallium nitride ，简称GaN)，顾名思义，是氮化镓的化合物。纳微半导体销售营运总监李铭钊介绍道：“氮化镓的特性与硅有很大区别。 ”比如，氮化镓拥有更小体积和重量，开关速度比硅快20倍；同时功率密度提升3倍，意味着充电速度也可以做到更快；同样的体积，同样的充电速度，用硅的方案来做成本更贵，而利用氮化镓，系统待机节约20% 。更重要的是，它在某些系统里可以节能40% ，这对实现国家“双碳”目标有着极大助益。

图：纳微半导体销售营运总监李铭钊（Edwin Lee）

不过相较于有着近50多年历史的硅材料来说，氮化镓才发展了20年，而最近几年才步入加速通道。在不断优化自身、提升产能、控制成本的前提下，氮化镓如今逐渐应用于消费、工业领域。
现阶段，氮化镓的主要应用场景是智能手机、笔记本电脑充电器。尤其随着这些设备的电池容量越来越大，氮化镓一方面可以帮助减小充电器体积，另一方面则可以提升充电器的功率、大幅缩短充电时间。
作为全球首家以集成式氮化镓功率芯片为核心业务并成功上市的公司，纳微半导体一直在关注氮化镓技术的迭代、发展与趋势。李铭钊指出，氮化镓未来在消费电子（平面电视、游戏机、平板等）、电动汽车、数据中心、太阳能等领域都有广阔前景。
具体而言，消费电子类产品追求更小更轻，利用氮化镓，每年约有20亿美金左右的市场机会；在数据中心领域，每年利用氮化镓可以省下约19亿美元电费，潜力巨大；太阳能方面，加上太阳能逆变器，消费者可以用到更便宜的电力；电动汽车可以把车里的OBC和DCDC做到更小更轻，就能放更多的锂电池，让车跑的时间更长、距离更远。
李铭钊强调：“纳微氮化镓的节能特性，是减少碳排放、实现碳中和的重要手段。 ”每出货一个氮化镓功率芯片，生产和制造过程相比硅芯片可以减少4公斤的二氧化碳排放。氮化镓的特点是，能够节省芯片周边的外部器件，用更少的外部器件做相同的东西，用硅的方案做一个服务器电源，可能有一千个外部器件在里边，用氮化镓可能只用到600多个，而原本生产这些器件也会产生碳排放。
从GaNFast到GaNSense ，有哪些变革？
在功率氮化镓领域，目前主要有两大“流派” ，一个是dMode常开型，另外一个是eMode常关型，纳微半导体属于后者。不过与传统的氮化镓单管不同，纳微半导体在技术路线上采用的是将氮化镓器件、驱动、控制和保护集成到一起。

图：纳微半导体高级应用总监黄秀成

集成以后带来什么好处呢？纳微半导体高级应用总监黄秀成回答道，首先，传统硅器件参数不够优异，如开关速率较低、开关频率容易受限制，而由于开关比率较低，其储能元件使用的电感电容尺寸就相对较大，导致电源功率密度相对较低，目前业界通常小于0.5W/cc；其次，分立式氮化镓则因为受限于驱动线路的复杂性，加上受限于外部器件布局、布线参数等因素的影响，其开关频率就无法发挥到氮化镓本应有的高度。