OPPO、小米先后用上，氮化镓技术到底是何方神圣？

来源：雷科技

在 2 月 13 日，小米公司 CEO 雷军在介绍完小米 10 之后，顿了顿，宣布了一个新的充电头。

这个充电头支持小米 65W 快充，但比标配充电头小了一倍，并且发热更低。

这，就是氮化镓（GaN）充电头，未来旗舰的标配。

在科普氮化镓之前，我们先要去了解一下关于电流的普通知识。

众所周知，随着手机屏幕的增大和处理器性能的增加，对手机本身的电量储备和充电时间也提出了高要求。如何 " 又快又好 " 成为了手机续航的重要问题。

有需求就要有研发，在过去的几年内，高通、华为、OPPO 等厂家分别推出了自己的充电协议，并且不断迭代。

就连一贯 " 五福一安 " 的苹果，也在 iPhone 8 上支持了 PD 快充协议，充电速度的问题，暂时得到了解决。

那么第二个问题就随之而来了：充电设备的体积。

顾名思义，如果充电功率等同的情况下，体积越大的充电器，散热必然就越好。如果一个充电器不做好安全协议就贸然缩小体积，就会有火灾等隐患。

而更深层的原因，则是充电器的结构。

手机充电器功率还没有那么高的时候，由于结构简单，采用的普遍是反激拓扑结构。而这其中，最重要的，就是 FET 的开关频率。

FET（场效应晶体管），就是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。

我们常常听说的 FinFET 工艺就是 FET 中的一种，它将传统晶体管的平面状态变成了鱼鳍状（Fin），大大提高载流子的迁移效率。

言归正传，对于普通的充电器而言，用上百 kHz 的开关频率切换 FET 的开关状态就已经足够。而且开关频率越高，体积就会越小。

但问题在于，盲目提高开关频率，很容易导致电源变热，发生危险。

而人们为了解决这个问题，采取了很多办法：增加漏感能量的电容、实现零电压开启 FET（ZVS 技术）。

而氮化镓，就是在这个时候出场。

传统的 FET 都是基于硅制造的，但相比硅材料，氮化镓（GaN）是一种极稳定的化合物，它的坚硬性好，熔点高，电离度高。

而如果我们能用氮化镓材质的 FET 去取代硅材料，那么氮化镓电离性好、熔点高的优势，可以让开关频率变得更高，将体积缩小一半左右。

总结来看，氮化镓相比传统的硅材料，有三个显而易见的优势：

（1）禁带宽度大、导热率高，能够承载更高的能量密度，可靠性更高；

（2）较大禁带宽度和绝缘破坏电场，使得器件导通电阻减少，有利于提升器件整体的能效；

（3）电子饱和速度快，以及较高的载流子迁移率，可让器件高速地工作。

2014 年，日本名古屋大学教授赤崎勇、天野浩和美国加州大学圣塔芭芭拉分校教授中村修二因发明蓝光 LED 而获得诺贝尔物理奖。其中氮化镓正是推动了蓝光 LED 向前发展的重要新型材料，足以说明学界对氮化镓的认识。

实际上，早在三十年前，氮化镓就已经在 LED 上进行了普遍应用。直到近年来，才逐渐引入到手机上。

作为 " 第三代半导体材料 "，氮化镓在光电子、高温大功率器件上都有着优秀的表现。F22 上的相控阵雷达中就大量应用了氮化镓的射频器件。

（编辑：东莞站长网）

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