一般而言，GaN電晶體比傳統矽器件更快且更有效。但如果是這樣的話，有什麼限制可以阻止它從寶座上取下矽晶片？

矽技術正在接近其極限。同時，仍然需要更快，需要更有效的電路。從這一點開始，其中一條路徑是研究人員和公司都要研究不同的材料來製造面向未來的裝置。

引起業界關注的一種材料特別是氮化鎵（gallium nitride）或GaN，氮化鎵（GaN）已經在光電子學中得到越來越多的應用。

以下是GaN的當前狀態。

GaN vs 矽

在研究GaN的物理特性時，很容易理解為什麼它是一種非常有前景的半導體。GaN是二元III / V直接帶隙半導體，其帶隙能量為3.4eV，是帶隙能量僅為1.1eV的矽的幾倍。

GaN纖鋅礦多面體。圖片使用Solid_State提供

這種更寬的帶隙使得GaN非常適用於光電子器件，並且是生產諸如UV LED之類的器件的關鍵，其中倍頻是不切實際的。GaN半導體不僅具有1000倍於矽的電子遷移率，而且還能夠在更高的溫度下工作，同時仍保持其特性（高達400攝氏度）。這些組合特性將使GaN在高頻（THz），高溫和高功率環境中非常理想。

GaN面臨的問題

雖然GaN器件廣泛用於光電子工業（例如LED），但由於若干原因，它們並不常用於電晶體中。GaN電晶體的最大障礙之一是GaN器件通常是耗盡型器件，當柵極 - 源極電壓為零時它們導通，這是一個問題，因為電源電路和邏輯依賴於常開和常關電晶體。

目前，有幾個提議要建立在柵極 - 源極電壓為零時關閉的GaN器件，包括新增氟離子，MIS型柵極堆疊，組合的GaN和Si器件，以及使用P型AlGaN / GaN異質結頂部的材料。

目前的GaN應用

雖然包含GaN電晶體的器件數量很少，但幾家公司正在嘗試增加對GaN基產品的興趣。例如，松下已經使用他們的專利X-GaN技術在許多應用中生產GaN基電晶體，包括電源轉換器（效率高達99％）和電機配置中電晶體的替代品。他們的X-GaN電晶體也可以完全取代MOSFET和續流二極體，從而節省能源並減小電路的物理尺寸。

GaN電晶體因其卓越的頻率特性而進入無線電應用領域，與Comtech PST公司合作生產BPMC928109-1000型號，這是一種GaN放大器，用於高速攝像機，空中交通管制，甚至軍事應用，要求頻率在9.2-10GHz之間，10kW功率。

松下高壓GaN的演進路標

GaN會取代矽嗎？

與矽相比，GaN具有許多重要優勢，更節能，更快，甚至更好的恢復特性。然而，雖然GaN似乎是一個優越的選擇，但在一段時間以內它不會在所有應用中取代矽片。

需要克服的第一個障礙是GaN電晶體的耗盡性質;有效功率和邏輯電路需要常開和常關兩種型別的電晶體。雖然可以生產常關型GaN電晶體，但它們要麼依賴於典型的矽MOSFET，要麼需要特殊的附加層，這使得它們難以收縮。不能以與當前矽電晶體相同的規模生產GaN電晶體也意味著它們在CPU和其他微控制器中使用是不實際的。

GaN電晶體的第二個問題是，用於製造增強型GaN電晶體的唯一已知方法（在寫入時）是使用獲得專利的松下方法來使用額外的AlGaN層。這意味著涉及這種電晶體型別的任何創新將依賴於Panasonic，直到可以研究其他方法。

自21世紀初以來，GaN器件的工作已經出現，但GaN電晶體仍處於起步階段。毫無疑問，他們將在未來十年內取代電力應用中的矽電晶體，但它們仍遠未用於資料處理應用。

然而，如果GaN器件可以小型化（小於100nm的特性），那麼它們不僅可以用於替代矽以獲得更好的功率效率，而且它們還可以以更高的速度執行並且允許其功率處理器繼續增加。