近幾年，隨著電池的增大，高功率快充成了一個必不可少的賣點，充電協議也是五花八門。雖然這些協議各有不同，但是有一個共同點，那就是充電頭的大小，受限於元器件的功率密度，普通的快充頭都碩大無比，並且隨著快充功率的增大，快充頭也就更大，這是業界存在的痛點。在快充發展到今天的這個階段，氮化鎵材料很可能是解決這個問題的關鍵。
氮化鎵是何方神聖
氮化鎵（GaN）是由氮和鎵組成的一種半導體材料，因為其禁帶寬度大於 2.2eV, 又被稱為寬禁帶半導體材料，在國內也稱為第三代半導體材料。 氮化鎵和其他半導體材料對比：
上圖中我們可以看到，氮化鎵比硅禁帶寬度大3倍，擊穿場強高10倍，飽和電子遷移速度大3倍，熱導率高2倍。這些性能提升帶來一些的優勢就是氮化鎵比硅更適合做大功率高頻的功率器件，同時體積還更小，功率密度還更大。
就如這次小米的快充一樣，使得小米65W氮化鎵充電器的尺寸僅為56.3mm x 30.8mm x 30.8mm，體積比小米筆記本標配的65W適配器還減小了約 48%，約為蘋果61W快充充電器的三分之一。
快充市場前景巨大
預計隨著用戶對便攜性的需求提高，2025年全球GaN快充市場規模有望達到600多億元，同時加速GaN芯片在其它新興領域對Si基產品的替代。
據相關數據顯示，手機廠商也在積極入局氮化鎵快充市場，其中華為、小米、OPPO、realme、三星、努比亞、魅族等知名手機企業已經先後發佈和推出了基於手機、筆記本電腦快充的氮化鎵充電器。
隨著USB PD&Type-C市場的快速發展，氮化鎵功率器件憑藉其高頻低阻、高導熱、耐高溫等特點，逐漸成為消費類電源市場的全新發展方向。自2019年以來，各大手機品牌及電商品牌先後推出數十款內置氮化鎵功率器件的快充產品，受到了廣大消費者的追捧和喜愛。而在氮化鎵快充成為未來充電市場主要趨勢的同時，市場爭奪戰也已經全面打響。
GaN充電器將成業內標配
氮化鎵是自然界沒有的物質，需要靠人工合成。氮化鎵單晶的合成對反應條件要求苛刻，難度特別大，在10000個大氣壓、2000度高溫下，合成的氮化鎵單晶只能達到研究水平。
氮化鎵單晶材料成本很高，2英寸售價就高達每片萬元以上。
因此，商業方案中使用更多的是氮化鎵異質外延片。藍寶石、碳化硅和硅是目前主要的氮化鎵外延片異質襯底材料。
晶圓的製作一般包括襯底製備和外延工藝兩大環節。在氮化鎵單晶襯底上長氮化鎵我們稱為同質外延，在其他材料襯底上長氮化鎵我們稱為異質外延片，目前商業方案中使用更多的是氮化鎵異質外延片。本次小米發售的快充頭，就是硅基氮化鎵用於功率器件的一個典型應用場景。
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。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。
GaN或引發充電革命
隨著GaN技術獲得突破，成本得到控制，除了射頻微波領域，它還被廣泛應用到了消費類電子等領域，其中快速充電器便是一例。採用了GaN功率器件的充電器最直觀的感受就是體積小、重量輕，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。
2018年10月，ANKER發佈了全球首款USB PD GaN充電器，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。隨後，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。去年10月發佈的OPPO就標配了一個GaN充電器，可以實現65W的超級閃充，成為全球首款標配GaN充電器的手機。
前不久，小米也推出了一款體積小巧的充電器，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。就整個消費電子行業的情況來看，GaN已經在全球主流的消費電子廠商中得到了關注和投入，GaN也正在伴隨充電器快速爆發。
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年複合年均增長率高達94％。
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。GaN不僅僅只在充電器領域，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行業。
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