GaN將逐步站穩半導體產業地位，商機持續擴大中
科技產業資訊室 (iKnow) - Gloria 發表於 2021年6月15日
圖、GaN將逐步站穩半導體產業地位，商機持續擴大中
半導體產業一直依賴矽生產晶片，但隨著晶片短缺帶來的效應，愈來愈多的公司正轉向使用氮化鎵（GaN），讓其電子裝置達到更環保、更高效率、且更小的好處。例如：Navitas半導體公司已經為Anker、Aukey、Belkin、戴爾、Hyper、聯想、OPPO、RAVPower、Verizon等數十家公司提供GaN晶片。
GaN的重要性日益增加，因為與傳統矽技術相比，它能夠在廣泛的應用中顯著的改進性能，同時減少實現該性能所需的能量和物理空間。從環保觀點來看，採用GaN設計功率晶片已被證明可以比矽功率晶片的碳足跡低十倍以上。根據預估，全球從矽轉往使用GaN的數據中心，將減少30至40%的能量損失，因此到2030年將可節省超過100 TWHr和1.25億噸二氧化碳排放量。
其實，鎵（Gallium）在自然界中不以元素形式存在。它通常是將鋁土礦冶煉為鋁以及將閃鋅礦礦石加工為鋅，所產生的副產品，因此其提取和精煉碳足跡非常低。根據統計，鎵每年全球生產超過300噸，估計全球儲量超過100萬噸。由於它是加工副產品，因此成本相對較低，約每公斤為300美元，比黃金低200倍。
此外，GaN長期以來一直用於生產LED和RF組件，但現在愈來愈多的電源開關和轉換應用正逐漸採用GaN晶片。在手機和筆記型電腦中，GSM和Wi-Fi訊號都是使用GaN射頻設備傳輸和接收，而為這些設備供電的充電器和變壓器也愈來愈多採用GaN晶片。GaN功率半導體也被部署在數據中心伺服器、混合動力和電動車之中。例如，加拿大的GaN系統（GaN Systems）供應商宣佈出貨量達到2000萬顆GaN功率電晶體，與合作夥伴台積電預計在2021年能夠完成40倍的產能擴張計劃。
更重要的是，從矽晶片的缺貨可以看出GaN不易缺貨的價值。與某些矽器件需要52週以上才能交貨相比，GaN具有非常快的12週交貨時間優勢，備用容量可以快速增加。而且GaN可以比矽更有效地生產，並且製造過程更加靈活，使得GaN不會像矽一樣受到缺貨影響。
不過，GaN不會全面取代矽。一般來說，GaN使用250-350奈米CMOS設備進行處理，因此可以取代需要較大尺寸的功率處理晶片。至於CPU、GPU所使用的約1伏特的矽，是使用低於10奈米的製程設備，而獲得非常精細尺寸。因此， GaN的最佳使用是在“功率轉換”方面，而矽則仍會在“數據處理”上具有優勢。
即使如此，憑藉創紀錄的性能，GaN功率IC仍是電力電子領域第二次革命的催化劑。目前GaN涵蓋在80-900伏特的器件電壓範圍，未來隨著研發工作持續進行，其發展空間仍在持續增加，絕對是未來明星的產業之一。（769字）
參考資料：
How GaN is changing the future of semiconductors. Tech Radar, 2021/6/6
GaN charging explained: why this next-gen charging tech is so powerful. Android Central, 2021/6/11
加速投資第三代半導體SiC與GaN，台積電專攻GaN代工，其他大廠與南韓聚焦SiC。科技產業資訊室，2021/2/17。
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