充電革命來了！GaN 產業大爆發：蘋果三星華為小米紛紛入局

文 | I/O

你對你的手機充電器還滿意嗎？

如果答案是否定的，那么你有足夠的理由去關注一個名為 GaN 的名詞。就目前的情況來看，使用 GaN 材料參與制作的充電器，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。

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于纖鋅礦，硬度很高；相比傳統硅基半導體，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℃）。

雷鋒網了解到，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 材料是研制微電子器件、光電子器件的新型半導體材料，并與 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后的第三代半導體材料。

相較于傳統的硅基半導體，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，相較于硅基元件，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 廣泛適用于 100 伏與 650 伏電壓范圍內的涵蓋汽車、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。

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，由于禁帶寬度大、熱導率高、耐高溫等特性，采用了 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，采用 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，限于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，采用 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。

雷鋒網注意到，這款 GaN 充電器甚至能夠為 MacBook 充電。

隨后，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。

就目前的情況來看，布局 GaN 的廠商也為數不少。

根據《科創板日報》報道，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，雷鋒網了解到，小米上周發布的 GaN 充電器采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，于 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系。

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。

根據充電頭網報道，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。

需要說明的是，GaN 不僅僅可以充電器領域。

實際上，憑借 GaN 的功率性能、頻率性能以及優秀散熱性能，它還可用于 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，臺積電與意法半導體宣布，雙方將合作加速 GaN 制程技術的開發，并將分離式與整合式 GaN 元件導入市場——透過此合作，意法半導體將采用臺積電公司的 GaN 制程技術來生產其 GaN 產品。

關于本次合作，臺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，包括應用于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、制造和生態鏈的完善，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。