你對你的手機充電器還滿意嗎？如果答案是否定的，那麼你有足夠的理由去關註一個名為GaN 的名詞。就目前的情況來看，使用GaN 材料參與製作的充電器，不僅僅能夠實現更小的體積、更輕的重量，也能夠帶來更高的充電效率——簡單來說，它將為充電器帶來一場革命。

更重要的是，GaN 已經引起了廣泛的行業關注。

什麼是GaN？

GaN 本質上是一種新型半導體材料。

它的中文名為氮化鎵，英文名稱是Gallium nitride，分子式是GaN；它是氮和鎵的化合物，也是一種直接能隙（Direct Bandgap）的半導體，也是一種寬禁帶半導體材料。

GaN 氮化鎵的化合物結構類似於纖鋅礦，硬度很高；相比傳統矽基半導體，GaN 氮化鎵有著更出色的擊穿能力，更高的電子密度和電子遷移率，還有更高的工作溫度（熔點約為1700℃）。

作為一種新型材料，GaN 具有寬的直接帶隙、強的原子鍵、高的熱導率、化學穩定性好（幾乎不被任何酸腐蝕）等性質和強的抗輻照能力，在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應用方面有著廣闊的前景。

從半導體行業的角度來看，GaN 材料是研製微電子器件、光電子器件的新型半導體材料，並與SIC、金剛石等半導體材料一起，被譽為是繼第一代Ge、Si 半導體材料、第二代GaAs、InP 化合物半導體材料之後的第三代半導體材料。

相較於傳統的矽基半導體，GaN 能夠提供顯著的優勢來支持功率應用，這些優勢包括在更高功率獲取更大的節能效益，以致寄生功耗大幅降低；GaN 材料也容許更多精簡元件的設計以支持更小的尺寸外觀。

此外，相較於矽基元件，GaN 元件切換速度增快達10 倍，同時可以在更高的最高溫度下運作，這些強大的材料本質特性讓GaN 廣泛適用於100 伏與650 伏電壓範圍內的涵蓋汽車、工業、電信、以及特定消費性電子應用產品等行業。

目前，對GaN 材料的研究與應用是已經成為全球半導體研究的前沿和熱點。

GaN 引發充電器革命

實際上，GaN 早在上世紀90 年代起就有所應用——近年來，它再次受到普通消費者的關注是因為充電器。

實際上，由於禁帶寬度大、熱導率高、耐高溫等特性，採用了GaN 氮化鎵元件的充電器最直觀的感受就是體積小、重量輕，很好順應了電子產品向小型化、輕薄化方向發展的趨勢。

從具體效果來看，同等輸出功率下，採用GaN 功率MOS 的充電器會比傳統的充電器體積縮小1/3 以上，在發熱量、效率轉換上相比普通充電器也有更大的優勢，大大的提升了用戶的使用體驗。

當然，限於技術本身發展的限制，GaN 充電器的成本一直比較高；然而，隨著人們對充電技術的需求和期待越來越高，採用GaN 材料的充電器也逐漸進入到消費領域。

2018年10月，ANKER發布了全球首款USB PD GaN充電器PowerPort Atom PD1，和蘋果 5W充電器差不多的體積卻能輸出高達27W的功率，吸足眼球。

這款GaN充電器甚至能夠為MacBook充電。

隨後，ANKER、RAVpower、AUKEY、ELIXAGE、Mu One、UIBI 等廠商都推出了自家的USB PD GaN 充電器，其價格多在150 元以上。

值得一的是，除了專門生產充電頭的廠商，不少消費電子廠商也盯上了GaN 充電技術。

比如說，在2019年10月發布的OPPO Reno Ace中，就標配了一個GaN充電器，可以實現65W的超級閃充——由此OPPO Reno Ace也成為全球首款標配GaN充電器的手機。

另外，在2020年2月13日的小米新品發布會上，小米也推出了一款體積小巧的充電器，也就是小米GaN充電器Type-C 65W——再次讓GaN材料在充電器上的應用引發了消費電子行業的關注。

三星、蘋果等大廠也在佈局GaN

就目前的情況來看，佈局GaN 的廠商也為數不少。

根據《科創板日報》報導，目前小米、OPPO、蘋果、華為、三星等廠商都在GaN方面有較深的積累——這就意味著，GaN已經在全球主流的消費電子廠商中得到了關注和投入。

其中，小米上週發布的GaN 充電器採用了來自納微半導體（Navitas）的NV6115 和NV6117 GaNFast 功率IC，體積為56.3 x 30.8 x 30.8mm，官方表示是標準適配器尺寸的一半。

值得一提的是，納微半導體公司是世界上第一家GaN 功率IC 公司，於2014 年在美國加利福尼亞州El Segundo 成立——而小米也通過對納微半導體公司的投資，確立了產業鏈的上下游合作關係。

就整個消費電子行業的情況來看，GaN 也正在伴隨充電器快速爆發。

根據充電頭網報導，2020 年1 月，在美國舉辦的CES 展會上，參展的GaN 充電器已經多達66 款，其中涵蓋了18W、30W、65W、100W 等多個功率，以及全新品類超級擴展塢，滿足手機、平板、筆電的全方位充電需求。

而來自中信證券的報告稱，隨著用戶對充電器通用性、便攜性的需求提高，未來GaN 快充市場規模將快速上升，預計2020 年全球GaN 充電器市場規模為23 億元，2025 年將快速上升至638 億元，5 年復合年均增長率高達94％。

同時，綜合性能和成本兩個方面，GaN 也有望在未來成為消費電子領域快充器件的主流選擇。

市場規模爆發，半導體行業切入GaN

需要說明的是，GaN 不僅僅可以充電器領域。

實際上，憑藉GaN 的功率性能、頻率性能以及優秀散熱性能，它還可用於5G 基站、自動駕駛、軍用雷達等眾多功率和頻率有較高要求的場合。

在這樣的需求之下，GaN 襯底市場的規模也在擴大。

根據法國市場研究顧問機構Yole Development 的統計，2017 年全球GaN 襯底市場需求約7.4 萬片，在GaN 射頻和功率器件應用的拉動下，預計2022 年全球GaN 襯底需求上升至32 萬片，對應的氮化鎵襯底的市場規模達到64 億元，2017 至2022年的年復合增長率為34％。

值得一提的是，在這樣的市場趨勢下，一些重要的半導體行業也大舉切入到GaN 市場。

就在2 月20 日，台積電與意法半導體宣布，雙方將合作加速GaN 製程技術的開發，並將分離式與整合式GaN 元件導入市場——透過此合作，意法半導體將採用台積電公司的GaN 製程技術來生產其GaN 產品。

關於本次合作，台積電業務開發副總經理張曉強博士表示，期待和意法半導體合作把GaN 功率電子的應用帶進工業與汽車功率轉換。具體來說，GaN 能夠協助意法半導體提供中功率與高功率應用所需的解決方案，包括應用於油電混合車的轉換器與充電器。

可見，雙方的著力點其實是在汽車的電氣化方面。

一項新材料新技術從實驗室走向消費者，需要集齊多方面的的因素，比如說上游的產能和良率，中游的研發、製造和生態鏈的完善，以及下游廠商和消費者的認知和接受度，當然還有售價是否親民的問題——從目前的行業情況綜合來看，GaN 已經做好了走向大眾充電市場的準備。