数十年来,硅一直是半导体科技的基石,但是许多专家认为硅的发展来到极限,氮化镓(Galliumnitride,简称GaN)有望取而代之。日本政府砸钱相挺,相信以GaN为基础的半导体,将在年代后期上市。
韩媒etnews9月29日报导,自驾车和电动车蓬勃发展,能在极端环境下控制电流的功率半导体备受瞩目。GaN和碳化硅(siliconcarbide,简称SiC)是少数符合此种条件的半导体材料,其中以GaN为基础的功率半导体最受注意,被视为「次世代的功率半导体」。
有鉴于此,日本经产省准备资助日企和大学,发展耗电量更低的次世代半导体,预计明年将拨款2,万美元,未来5年共计斥资8,万美元。日方补助锁定研发GaN材料的企业,GaN半导体能降低耗电。
日本是全球第一个研发GaN的国家,政府鼎力相挺,让在该国全球市场享有竞争优势。半导体材料是日本的强项,日方打算支持相关企业,研发能减少耗电的半导体材料,借此超越对手。日本经产省相信,年代末期,日企将开始供给以GaN为基础的半导体,用于资料中心、家电、汽车等。如果GaN取代现今广泛使用的硅,每年可以减少1,万吨的二氧化碳排放。
GaN的能隙比硅宽,耗电少耐高温
为何各方看好GaN?TheVerge年初报导,英国布里斯托大学(UniversityofBristol)物理学家MartinKuball表示,所有材料都有「能隙」(bandgap),也就是传导电流的能力。GaN的能隙比硅更宽,能承受更高的电压、电流也能更快通过。
正是如此,以GaN为基础的半导体,比会硅半导体更有效率、耗电也较少。哈佛大学博士候选人DanqingWang说:「可以把东西做得很小,或在同一区域塞入更多的GaN,表现却更好。」一旦电力损失减少,不只能缩小充电装置的体积,用电量也更少。Kuball指出,现今的电子产品若全数改用GaN,耗电可望减少10%、甚至25%。
此外,硅无法承受过高温度,汽车内的电子元件必须远离引擎,避免过热。GaN比硅更能承受高温,能去除此一限制,开启汽车设计的无穷可能。