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科技资讯 | 氮化镓到底有啥门道 为何大家都用TA做充电器

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  • 2021-02-21
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近年来智能手机的发展速度非常迅猛,在性能不断提升的同时,人们也对电池续航与充电性能提出更高的要求。2019年9月,OPPO在手机厂商中首发氮化镓充电器,随后华为、三星纷纷推出同类产品,到了2020年已有10家手机厂商推出了18款氮化镓快充,涵盖45W,65W,90W等多种充电功率,因此具备强大能量的氮化镓材料成为了人们的关注新热点。

虽然研发初衷不是充电,但却极具充电潜力

氮化镓不是自然界的物质,氮化镓单晶体最初由日本名古屋大学教授赤崎勇先生的研究团队于1985年在实验室环境中研制成功,一开始用于制造蓝色LED来提升屏幕显示质量,随着时代的发展,氮化镓更多的优势得到挖掘。

相比第一代半导体材料硅,氮化镓具有禁带宽度大、导通电阻低、开关频率高等特点。禁带宽度大意味着充电器能够承载较高的电压和温度,因此能承受相比普通充电器更高的充电功率;导通电阻低就比较好理解了,可以避免充电过热的情况发生,提升充电过程的安全性。

三款氮化镓充电器

除此之外,同一台变压器频率和磁通呈反比,较高的开关频率让变压器线圈截面变小、匝数变少,变压器体积也随之缩小,而变压器是充电器中体积最大的元器件之一,所以氮化镓充电器能做得非常小巧轻盈,这些都为人们的数码生活带来更多便利。

碳化硅出镜率也很高,和氮化镓有什么不同呢?

《达摩院2021十大科技趋势》中,氮化镓、碳化硅都是C位明星,人们在网络上也经常看到两者同框出镜,不过两者在应用场景有着较大区别。

氮化镓除了应用于充电器外,主要是作为蓝色LED的基础材料,上文中说到的赤崎勇先生等人凭借1989年成功研制出的蓝色LED荣获2014年诺贝尔物理奖。目前蓝色LED被广泛应用于LED照明和LED显示领域,前段时间广受关注的Mini LED同样融入了这项技术。

5G时代下氮化镓同样大放异彩,凭借尺寸小、效率高、功率密度大等优势被广泛运用于5G基站的射频功率放大器(PA)上,能轻松驾驭5G基站高频率高功率的应用场景。从目前基站方案的发展趋势看,氮化镓基站方案将逐步替换现有基于硅材料的LDMOS方案,为5G网络的发展注入新的活力。

特斯拉逆变器-碳化硅功率元件

碳化硅材料在高温、高压、高频等环境下具备出色性能,举个常见的栗子,特斯拉Model 3内置逆变器采用了由意法半导体打造的碳化硅功率元件,能够保证动力系统长时间高功率输出,提升汽车运行的稳定性。除此之外这种材料还被应用于电网、光伏、轨道交通、电动汽车、充电桩等广泛领域,同样具备出色的发展前景。

总结:

总的来说,氮化镓不仅能做到为充电器提速,同时还是屏幕显示、5G基站等方面不可缺少的组成部分,随着技术不断发展,其材料性能和制造工艺都将继续获得提升,为我们的生活带来更多便利。

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