氮化镓|华为小米都在追赶的半导体材料“风口”：氮化镓何以成为行业新宠？半导体|华为|小米|半导体材料

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最近几年，手机行业的“军备竞赛”日益激烈，每家厂商都在不断加大研发力度，希望自家产品能在性能上尽可能长时间地压倒对手，消费者几乎每隔几个月就能在新手机上看到全新的技术应用或是旧功能得到革新。
在诸多技术之中，充电技术是这场竞赛的核心“军备”。从华为的40W快充开始，小米、OPPO、vivo等厂商陆续推出44W、55W、65W乃至最近的125W快充，用户的生活方式逐渐改变。不再需要向过去那样整晚给充电，每天只需洗漱时充电一小会，就能满足大半天的使用，生活方便了许多。
但与此同时，随着充电功率的上升，里面的散热组件及滤波、保险、电容等器件越来越多，充电器的体积也越来越大。过去可以揣在口袋里的充电头，在65W快充到来的时代，已经有了向砖头靠拢的趋势。
在未来，阻碍快充普及的可能不再是充电发热、自燃之类的安全风险，而是充电头巨大的体积和沉甸甸的重量。充电技术发展遇到了短暂的瓶颈。
不过，这个瓶颈很快被突破了。
风口上的氮化镓
去年8月份，爱否联合倍思发布了国内市场第1款65W氮化镓充电器，它的体积只有其他厂商65W充电器的一半左右，顿时引发了关注。自此，“氮化镓(GaN)”一词开始成为了数码圈的热词。很快，OPPO跟进推出自家的65W氮化镓充电器，许多第三方厂商也推出相应产品。
今年1月，小米也推出这一产品。通过有巨大网络影响力的雷军不遗余力地宣传，氮化镓的热度再度拔高。
接着，华为在基站中弃用美国芯片，转而使用“备胎”氮化镓射频PA的消息传出，更是让这种新贵材料的热点不再限于充电器行业。人们对整个氮化镓半导体行业的关注都开始上升。
事实上，说氮化镓材料是“新贵”不太贴切，事实上，早在30年前，这种材料就已经被用在半导体上。但因为种种原因，它在过去并没得到广泛使用，大多数人对其也是知之甚少。
简单说，半导体行业发展近百年，已经经历了3代半导体晶圆材料的革新。第1代半导体是锗和硅;第2代半导体以砷化镓、磷化铟为代表;氮化镓则属于第3代半导体材料，与其同类的还有碳化硅、氧化锌、氧化铝、金刚石等。
其中，氮化镓和碳化硅是目前研究最为火热的第3代半导体材料，被称为第3代半导体的“双子星”。
那么，比起第1代和第2代半导体，第3代半导体的进步在哪里呢?第3代半导体又称作“宽禁带半导体”，顾名思义，其核心优势就在“宽禁带”上。
核心优势——禁带
先简单科普一下“禁带”的概念。
初中化学内容：一个物体能否导电以及导电能力强不强，取决于其能否产生自由流动的电子以及产生自由电子的能力。金属类元素的原子核对外层电子的束缚能力较弱，因此表现为良导体;非金属元素原子核对于外层电子束缚能力强，因此外层电子不能自由流动，成为了绝缘体。
而半导体在二者之间——它本身不导电，但是在一定的状况下，比如掺进杂质后，就可以导电。
在固体中，原子外的电子会分成不同能级，当原子间相互作用导致能级移动时，就产生了一组差别很小的能级，也就是能带。其中，电子从最低能级开始依次向上填充，被填满的能带称为满带，满带中能量最高的一条称为价带。由于已经挤满了电子，可以认为价带中的电子是不导电的。
从价带继续往上，就是没有被填满的能带，由于这个能带几乎是空的，所以电子可以自由移动，这个能带就是导带。在导带和价带之间的就是禁带。换句话说，禁带就是电子从价带“突破”到导带所需的能量。
简单打个比方，满带就像半导体内一条挤满电子的公路A，导带则是旁边是一条空荡荡的公路B，禁带是公路A和公路B之间的沟，价带则是公路A上最靠近公路B的车道。
如果沟太宽，电子没办法从公路A跳到公路B上去，交通便陷入彻底瘫痪，这就是绝缘体;如果沟很窄，电子很容易走上公路B，交通就会立刻顺畅起来，这就是金属。半导体就是在公路A和公路B之间搭了一座升降桥，实现电子可控地移动。