韓媒etnews報導顯示,自駕車和電動車蓬勃發展,能在極端環境下控制電流的功率半導體備受矚目。GaN和碳化硅(silicon carbide,簡稱SiC)是少數符合此種條件的半導體材料,其中以GaN為基礎的功率半導體最受注意,被視為“次世代的功率半導體”。
有鑒于此,日本經產省準備資助日企和大學,發展耗電量更低的次世代半導體,預計明年將撥款2,030萬美元,未來5年共計斥資8,560萬美元。日方補助鎖定研發GaN材料的企業,GaN半導體能降低耗電。
日本是全球第一個研發GaN的國家,政府鼎力相挺,讓在該國全球市場享有競爭優勢。半導體材料是日本的強項,日方打算支持相關企業,研發能減少耗電的半導體材料,借此超越對手。日本經產省相信,2020年代末期,日企將開始供給以GaN為基礎的半導體,用于資料中心、家電、汽車等。如果GaN取代現今廣泛使用的硅,每年可以減少1,440萬噸的二氧化碳排放。
GaN的能隙比硅寬,耗電少耐高溫
為何各方看好GaN?The Verge 2019年初報導,英國布里斯托大學(University of Bristol)物理學家Martin Kuball表示,所有材料都有“能隙”(band gap),也就是傳導電流的能力。GaN的能隙比硅更寬,能承受更高的電壓、電流也能更快通過。
正是如此,以GaN為基礎的半導體,比會硅半導體更有效率、耗電也較少。哈佛大學博士候選人Danqing Wang說:“可以把東西做得很小,或在同一區域塞入更多的GaN,表現卻更好。”一旦電力損失減少,不只能縮小充電裝置的體積,用電量也更少。Kuball指出,現今的電子產品若全數改用GaN,耗電可望減少10%、甚至25%。
此外,硅無法承受過高溫度,汽車內的電子元件必須遠離引擎,避免過熱。GaN比硅更能承受高溫,能去除此一限制,開啟汽車設計的無窮可能。