氮化镓是由氮元素和镓元素组成的一种半导体化合物材料。氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氮化铝（ALN）、氧化镓（Ga2O3）等材料，因为禁带宽度大于 2.2eV ，它们被统称为宽禁带半导体材料，在国内也称为第三代半导体材料。与硅 (Si) 和碳化硅 (SiC) 相比，氮化镓具备提更大的禁带宽度和更高的临界电场，使得击穿电压较高（或等效击穿电压下导通电阻较小）。图 1 显示了最先进的 Si、SiC 和 GaN 功率器件的导通电阻和击穿电压比较。在特定裸片尺寸 A 的情况，导通电阻 RON,SP的计算公式如下：
其中VBV是击穿电压，μn是电子迁移率，εr是相对介电常数，ε0是真空介电常数，Ecrit是雪崩击穿的临界电场。
图 1. Si、SiC 和 GaN 器件的导通电阻与击穿电压比较
将表1的数据代入公式(1)，可得到Si、SiC 和 GaN 的导通电阻特性，计算出的理论极限如图 1 所示。GaN 的理论极限优于 Si 和 SiC，证明了在同等击穿电压下，GaN器件的导通电阻RON,SP和尺寸要小得多。此外，GaN 晶体管在表 1 中显示出高电子迁移率，从而大大降低了功率变换器的导通电阻和传导损耗。由于尺寸更小，GaN晶体管的寄生电容也显着降低，因此非常适合高频开关电源应用。随着硅基氮化镓技术的不断成熟，氮化镓器件的成本逐年降低，促进了氮化镓在消费、数据中心和电动汽车领域的大规模应用。
表 1. Si, SiC 和 GaN 的材料特性
与LDO线性稳压方案相比，DC-DC 开关电源变换器由于具备更高的转换效率而越来越受欢迎。为了满足高功率密度、小体积解决方案和快速动态响应的需求，提高开关频率成为了必然。然而，随着传统硅器件开关损耗的增加，系统转换效率显着降低。如前所述，GaN FET 作为开关电源中的核心器件在缓解这些挑战方面表现出卓越的性能。图 2 显示了 GaN 功率开关器件与Si功率开关器件的开通过程比较。由于更小的寄生电容（Cgs、Cgd 和 Cds）、更小的寄生输入输出电荷（Qg、Qoss）以及接近零的反向恢复（没有体二极管），GaN FET 显示出更短的导通过渡期。如图 2 所示，开通损耗是开通过程中电压和电流的交叠区域，即Ploss 的面积。可以看出，GaN FET从 t1 到 t3 的过渡期（包括 di/dt、dv/dt 过渡期）比Si要短得多。因此，GaN FET 有助于显著降低开关损耗，在提高开关频率下实现高效功率转换，并且减小系统的尺寸和成本以提高系统的能量密度。
元芯半导体所设计的第三代半导体氮化镓宽禁带半导体器件（GaN FET）能够极大的降低导通损耗和开关损耗，极大的提高了系统的电能转换效率以满足碳中和的迫切要求，从而满足数据中心，电动汽车以及高端消费电子的需求。（元芯半导体版权，请勿非法转载）
图 2. 硅 FET 和 GaN FET 功率开关过程比较
