手機快充能捲到200瓦，都得給它磕頭_風聞

本文原創於微信公眾號：差評  作者：差評君

 今年啊，手機市場不是一般的冷。

但這並不意味着手機本身沒有進化，相反，手機有些功能的進化可能聽起來一般般，但真用起來就感覺回不去了。

就像前兩天，差評君玩了玩託尼測試用的 iQoo 10 Pro，那個 200W 的充電速度着實讓人震驚，以至於這兩天用回 iPhone 經常以為充電器壞了。

快充技術的進步得益於多方面，其中一個重要原因就是用上了氮化鎵充電頭。

要説氮化鎵充電頭的魔力，自然是來源於“ 氮化鎵（GaN）”。

 Emm，“ 氮化鎵 ”其實是眼下最火熱的第三代半導體的主要代表。

那什麼是第三代半導體？它憑啥這麼火？

今天差評君就好好説道説道。

其實呀，所謂的半導體是一類材料的總稱，這類材料介於導體和絕緣體之間，能在一定條件下導電。

 它和芯片就好比是金屬和鐵鍋的關係，芯片是半導體材料做的，半導體可絕不只是芯片。

但半導體材料不僅僅用來做了芯片，還有其他很多用處例如作為關鍵器件來光伏發電、做節能的 LED 燈，甚至還可以用來做“ 炒酸奶 ”。

 不僅如此，半導體還分一、二、三代半導體，眼下最熱門的就是第三代半導體。但大家不要誤會，這裏的一二三代之間並沒有一代更比一代強的關係，更多還是指不同類別的半導體。

最為大家熟知的就是第一代半導體絕對主力：硅（ Si ），大部分芯片就是在一整片純度在 99.9999% 以上的單晶硅上刻蝕出來的。

在芯片裏，硅就發揮了有條件導電的特性，被製作成一個個微型開關（ 給條件就開，不給條件就關），千千萬萬個類似的微型開關組合起來就能完成很多複雜的命令，最終完成手機、電腦的運行。

直到目前，90% 以上的半導體產品仍是以硅製作。

但是隨着人類科技發展，大家慢慢發現硅在一些領域無法完美勝任工作。

 舉個例子，咱們手機裏有種叫 PA（功率放大器）的芯片，主要作用就是將手機信號放大傳輸給基站，早期廠商們就是用硅作為主要製作材料。

但隨着手機從 2G 轉入 3G 再又發展到 4G，大家用手機在網上衝浪的速度是越來越快，對 PA 傳輸要求自然水漲船高。

這種情況下，硅質的 PA 芯片就出現了一系列問題，發熱嚴重、損耗太多效率低、耐不住高電壓等等，於是第二代半導體們就走上了歷史舞台。

 第二代半導體目前主要以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）為主，相比於硅，它們可以更好地勝任高壓、高頻、高輻射的工作環境。

伴隨着 3G、4G 的發展，光纖通信帶來的高頻高壓工作場景越來越多，於是第二代半導體乘上了時代的東風，手機、基站都騰籠換鳥把硅給換了。

而在此之前，第二代半導體已經悄悄地走進千家萬户了，最常見的例子就是 LED 燈，第二代半導體能夠更高效地把電轉化為光，也就是用更少的電能夠發出更亮的光，所以用砷化鎵做出來的 LED 燈取代白熾燈也是前些年節能減排的代表。

在第二代半導體火了之後，對它的研究也逐漸變多，使用場景也不斷被開發。

 還記得一舉之力把手機拖入劉海屏浪潮的 iPhone X 嗎？

蘋果用上劉海屏的罪魁禍首 3D 結構光技術，用到了一款 VCSEL 激光器（垂直腔面發射激光器），而製作這款 VCSEL 激光器的關鍵材料就是砷化鎵。隨着物聯網、元宇宙概念的逐步發展 ，對 VCSEL 的需求不斷增多還將持續增加對第二代半導體的需求。

但砷化鎵們的好日子還沒過多久，科技又又進步了，很多應用場景變得更高壓、更高頻、更高功率，之前的第二代半導體又不夠用了。

於是就輪到第三代半導體閃亮登場了！

第三代半導體學名其實叫“ 寬禁帶半導體”，目前以氮化鎵和碳化硅（SiC）為主。

可能你會問了，這個“ 寬禁帶 ”是什麼意思？

咱們用之前的核酸檢測做例子。

 假設有個核酸檢測點爆滿了，那它和離得最近的空核酸檢測點的距離，就可以簡易地理解成禁帶。

如果中間距離小點，比如就三五百米，那不想排隊的人就直接溜達去邊上的；但如果中間距離大了，比如都有幾公里了，那除非真有足夠大的動力逼着過去，不然都只會忍忍排隊算了。

在半導體裏也是一樣的，禁帶越寬那讓電子移動所需的能量（ 通常是電壓 ）也就越高，所以，寬禁帶半導體就更耐高壓。

類似的，天氣太熱，大家更不願意排隊了，可檢測點距離實在遠，那大家可能忍忍也就過去了，所以寬禁帶半導體還更耐高温。

 同時，寬禁帶半導體還有着“ 飽和電子漂移速度高 ”“ 二維電子氣 ”等多種優勢。

這些優勢讓第三代半導體在耐高壓、耐高温之外，還有更快的開關速度、更低的通態電阻等特性。

最終呈現出來的就是小型、高效、驅動力強的“ 小鋼炮 ”。

就像大家最常見的氮化鎵充電器，在手機廠商們內捲到拼出 200W 閃充的今天，硅就力不從心了，受不了高壓、體積又大、發熱又高、效率又低，可以説避開了每一個正確選項。

 但用上了氮化鎵，問題就迎刃而解了。

在充電方面，第三代半導體的另一位主力，碳化硅也有着亮眼表現。

 不過和氮化鎵充手機不一樣，碳化硅充的是新能源車。

 如今城市裏代步的新能源車是越來越多了，對充電樁的需求也越來越多，但市區的地可是寸土寸金。

所以充電樁得儘可能保證充電速度的前提下，又要小巧不佔地兒，還得足夠抗水、防塵，傳統的硅基器件還是老毛病。

這時候碳化硅頂着“ 全是優點 ”的帽子走進了廠商們視野。

“ 如狼似虎 ”的廠商們巴不得分分鐘和硅劃清界限。

再多説一句，建充電樁現在已經列入國家新基建的七大領域之一。

碳化硅的未來，我只能説 2 個字。

 起飛。

不光是充電樁，碳化硅還被用在了新能源車本身。

如今新能源車企為了進一步解決里程焦慮，在電池能量密度提升已經遇到瓶頸的情況下，紛紛選擇擁抱高壓快充系統——800V 高電壓平台（ 簡單理解成，可以實現充電 5 分鐘，續航 200km ）。

但問題也隨之而來，搭載 800V 高電壓平台的車型，意味着核心三電系統以及空調壓縮機、DCDC（直流變壓器）、OBC（車載充電機）等部件都需要在 800V 甚至 1000V 的高電壓下工作。

 這種情況下，硅基器件耐不住高電壓、損耗率、開關損耗居高不下，碳化硅幾乎是當下最好的選擇。

比如特斯拉 Model 3，早早就將碳化硅用到了車子的主驅系統上，直接提升了 10% 的續航。

類似的例子咱也不多説了，反正現在熱門的物聯網、光伏、5G 等等這些行業，在使用傳統半導體時遇到的幾大痛點，剛好是第三代半導體材料的優勢。

 那這不巧了嗎？

“ 第三代半導體這麼完美，取代一二代半導體一統天下就分分鐘的事了？”

想太多了。

一二三代半導體之間的關係更像是，汽車、火車和飛機，各有優勢、誰也別提取代誰。

硅的基本盤是佔據了全球 99% 以上的集成電路市場，只有第三代半導體成功“ 偷家 ”，在 CPU、GPU 領域幹掉硅，那才能算取代第一代半導體。

可目前看來第三代半導體是做不到了。

 最主要的問題就是第三代半導體太難製取。

我們都知道，硅元素在在地殼中含量極高，佔比足足有 26.4% 僅次於氧（O），如今的工藝可以直接從二氧化硅礦石中提取並且高度提純。

可氮化鎵在自然界幾乎沒有，它需要在 10000 個大氣壓和 2000 度的高温下人工合成，結果就是氮化鎵晶體單片動輒上萬塊一個。

莫桑鑽就是碳化硅 ▼

碳化硅也類似，在自然界除了極少量天然莫桑石（對，就是大家瞧不上的鑽石平替“ 莫桑鑽 ”，雖然不如鑽石稀有，但用在大面積工業上也還是太奢侈了）之外，主要還是要從石油焦、石英石中經過各種複雜工藝進行製造。

 對比硅來説，第三代半導體的製作又費時又費錢，甚至還不如第二代半導體省事。

儘管性能是好用，但耐不住人家便宜省事啊。

這年頭，不消費降級就不錯了，還指望升級呢？

而且就算真願意花這麼多代價去製取第三代半導體，它其實也並沒有那麼適配集成電路。

還記得前面説的，第三代半導體對比第一代半導體的優勢嗎？

耐高温、耐高壓、可承受高頻。

 但問題是常見的集成電路（電腦、手機等其他民用智能設備）根本用不上這些優勢。

不僅如此，幾十年發展下來，硅所擁有成熟複雜的製作工藝、龐大的產業體系更是第三代半導體們所望塵莫及的。

製取困難、成本極高、沒有突出優勢、產業技術不成熟……這些問題也導致了第三代半導體沒法成為半導體市場的主流力量。

 據研究機構 TrendForce 預測，第三代半導體的主力氮化鎵市場到 2025 年僅有 13.2 億美元，而碳化硅也就33.9 億美元。

 與高達數千億美元的半導體市場相比確實不夠看，也難怪台積電董事長劉德音表示第三代半導體只是“ 特殊技術 ”。

產業不夠大，就沒有足夠的動力去推進發展技術，技術進步不了沒法應用到更廣的行業，這樣就形成了一個死循環。

不過雖然劉德音嘴上這麼説，台積電的身體卻很老實。

台積電早在 2014 年就開始在 6 英寸晶圓廠製造氮化鎵組件；

2015 年開始生產用於低壓和高壓應用的氮化鎵組件；

2017 年開始量產硅基氮化鎵組件；

去年年底有傳聞稱台積電已具備 8 英寸量產能力。

雖説目前第三代半導體還略顯小眾，但並不妨礙這是半導體材料發展的一大方向。

不發展哪能進步，誰生下來就會跑呢？

而且，我國在傳統半導體行業長期落後已經不是一天兩天。

苦苦追了這麼久，不能説毫無進步，但最多也就是略有改善。

可第三代半導體就不一樣了，作為一個新興技術，中西方站在同一起跑線。

一起開跑，咱還沒怕過誰。

不説一舉拿下下一代國際半導體生產鏈的主導權，至少總能保證不被國外卡脖子吧。

畢竟，華為的教訓已經夠深刻了。

內容來源：

馭勢資本：第三代半導體-氮化鎵技術洞察報告

半導體行業觀察：你一定不知道的砷化鎵

芯論語：第三代半導體材料的“心裏話”

微型計算機：邁向全新的產業時代 三問三答第三代半導體材料

TrendForce：預估2025年動力電池對正極材料需求將突破215萬噸

未來智庫：第三代半導體專題報告：蓬勃發展，大有可為

Wikipedia：Semiconductor