不起眼的手机充电器除了快充。还能有什么高科技？当一种被誉为第三代半导体核心材料的物质被用于手机充电器时。一场变革悄然发生……

一大波氮化镓充电器杀到

“我特別特别喜欢这个GaN（氮化镓）充电器，摄影师来多拍几张照片。”在小米10手机的在线发布会上，雷军丝毫没有掩饰对小米GaN充电器的喜爱。

而在没有太多新鲜事儿的手机圈，随着小米氮化镓充电器的推出。Realme在真我X50 Pro发布会上，官宣全系标配GaN充电器。而。OPPO、努比亚红魔再加上一大波第三方充电器厂商，以及已经开始布局相前的产业的华为。三星。苹果等巨头，氮化镓充电器成功在整個消费电子领域刮起一阵飓风，

时间轴回到2020年2月13日。小米通过线上直播的形式。面向百万观众，正式发布了小米10Pro系列手机以及部分配件产品。其中，小米65W氮化镓充电器脱颖而出。成为本次发布会的一大重要亮点。小巧。高效。发热低等特点对于一款全新充电器而言本属标配。而对一块4500mAh的超大电池从0%充电至100%仅需45分钟就让不少粉丝感到惊喜子氮化镓真能赋予手机充电器如此高的充电效率吗？

以快制胜的氮化镓充电器

一直以来，电池续航都是制约手机发展的重要阻碍，而在电池技术更迭缓慢的情况下，充电器技术的革新就成为当下的希望，从快充到氮化镓新材料的运用，其核心无非都是为了更高效。更易用地充电。

快是必须的。氮化镓材料的运用，极大缩短了充电时间，以小米10氮化镓充电为例，它可在45min内为小米10 Pro充电100%，为iPhone 11充电100%的时间是1h50min，比5W原装充电器快了约50%。这源于氮化镓本身具有更宽的带隙，而宽带隙也就等于能承受更高的电压，具有更好的导电能力，并且会让电子产品的用电量减少10%-25%。

除了更快的充电效率外，氮化镓散热性同样出众，GaN与第一代半导体Si和第二代半导体GaAs相比。GaN的禁带宽度大。零界击穿电场强度大。导热系数更高。

GaN器件可在200℃以上的高温下工作，能够承载更高的能量密度。可靠性更高：较大禁带宽度和绝缘破坏电场，使得器件导通电阻减少。有利于提升器件整体的能效：电子饱和速度快。以及较高的载流子迁移率，可让器件高速地工作，

既能在高温下稳定工作，又能快速充电，这样的特性让氮化镓充电器拥有了以快制胜的先决条件，而想要在整个IT业界引发足够的震动，光快显然是不够的。

充电器大一统的希望

相对更尖心充电效率的普通用户，业界对氮化镓充电器的好奇心更多放在其兼容性与便携性上。根据公开的数据，小米GaN充电器可以智能识别輸出电流。兼容大多数Type-C型智能手机、笔记本电脑。平板电脑。新潮游戏设备，包括全系iPhone。Switch以及众多品牌的笔电。

出色的兼容性意味着消费者出门只需要携带一个充电器就能为几乎所有的随身数码产品充电，这对于其他数码产品领域而言。也是非常大的替代与革新，而稍晚时候推出的红魔“氘锋”65W氮化镓充电器也证实了这一点。该充电器拥有两个USB-C PD輸出接口，一个USB-A快充接口，不管新老设备用户都能很好地兼顾需求，可以同时为三台设备充电。65W输出功率可以为手机平板。笔记本提供电力供给需求，为了方便旅行采用了可折叠插脚设计，

数码设备充电器有望“一统”的表现足以令整个业界震撼，毕竟多个品类数码产品对于充电器的需求本身是海量的，这还牵扯到用户使用习惯的改变，在有了快速充电以及出色兼容性的同时，氮化镓充电器小巧便携的外观设计，也让其能够快速征服消费者。

腰斩的体积

充电头发展至今。人们对于便携性的追求本身就让其格外重视体积与便携性。可在氮化镓充电器面前。传统充电器的确显得大过臃肿了。

开关频率高让氮化镓充电器成为目前全球勗快的功率开关器件。开关频率高可以减小变压器利电容的体积，那么自然氮化镓充电头就会比一般充电头的体积和重量更小。更低了，同时发热量也会降低，

低发热量让小巧的体积能够胜任散热需求。而在氮化镓材料被运用到充电器之前。体积。充电功率一度都是鱼与熊掌的关系。iPad Pro最高的充电功率可以达到30W。但考虑到iPad Pro便携性的问题，苹果官方配备的仅仅是一千18W的充电头。

撇开成本因素不谈。基于硅的半导体材料的传统充电器即使在苹果这个消费科技巨头手上也无法“点石成金”，新材料的尝试和运用成为充电器产品领域再次革新的关键。

不太新鲜的材料

氮化镓分子式GaN，英文名称Galliumnitride，是氮和镓的化合物，是一种直接能隙（direct bandqap）的半导体。自1990年起常用在发光二极管中。此化合物结构类似纤锌矿。硬度很高，氮化镓的能隙很宽为3.4电子伏特。可以用在高功率。高速的光电元件中。

早在100多年前GaN就被发现了，在二十世纪90年代被日本曰亚公司用于制作蓝光LED。不过受限于当时的制程工艺。GaN并没有被广泛运用，

虽然发现且使用时间很长，但氮化镓这种材料在半导体领域却有相当的地位，元素硅和锗是第一代半导体材料。当前90%以上的芯片包括手机里面的或者电脑里面东西都是用硅来做的，而磷化铟和砷化镓则组成了第二代半导体材料，4G手机里面名为PA的功率放大器是用砷化镓的HBT。SiC（碳化硅）和GaN则是第三代半导体材料的第一梯队，GaN更适合高频高温的射频领域，SiC则适合电子电力领域，包括新能源电池。直交流电变换。变频变速等。

随着半导体技术不断进步。对半导体器件性能。效率、小型化要求的越来越高，传统硅半导体材料逐渐无法满足性能需求，碳化硅。氮化镓等第三代半导体材料凭借着优异的性能，早已成为当前世界各国竞相布局的焦点。

5G或成氮化镓催化剂

被用于充电器的材料能同5G有关？事实上，相比在充电器上的应用，5G才是氮化镓的真正战场，GaN以其功率水平利高频性能成为5G的关键技术，相比现有的硅LDMOS（橫向双扩散金属氢化物半导体技术）和GaAs（砷化镓）解决方案，GaN器件能够提供下一代高频电信网络所需要的功率和效能。而且，GaN的宽带性能也是实现多频载波聚合等重要新技术的关键因素之一。GaN HEMT（高电子迁移率场效晶体管）已经成为未来宏基站功率放大器的候选技术。预计到2025年，GaN将主导射频功率器件市场。抢占基于硅LDMOS技术的基站PA市场。

在Massive MIMO應用中，基站收发信机上使用大数量（如32/64等）的阵列天线来实现了更大的无线数据流量和连接可靠性。这种架构需要相应的射频收发单元阵列配套。因此射频器件的数量将大为增加。使得器件的尺寸大小很关键，利用GaN的尺寸小。效率高和功率密度大的特点可实现高集化的解决方案。如模块化射频前端器件。根据Yole的预计，2023年GaN RF在基站中的市场规模将达到5.2亿美元。年复合增长率达到22.8%。

除了基站射频收发单元陈列中所需的射频器件数量大为增加。基站密度和基站数量也会大为增加，因此相比3G。4G时代，5G时代的射频器件将会以几十倍、甚至上百倍的数量增加。

在5G毫米波应用上。GaN的高功率密度特性在实现相同覆盖条件及用户追踪功能下，可有效减少收发通道数及整体方案的尺寸，

技术之外的谋略

数十年半导体领域的应用并未让氮化镓火起来，除产业链发展进程制约材料应用外，成本也是其大众化的关键。

氮化镓是自然界没有的物质。需要靠人工合成。可其人工合成难度非常高。在10000个大气压、2000度高温下，合成的氮化镓单晶只能达到研究水平。氮化镓单晶材料成本很高，2英寸售价就高达每片万元以上，因此。商业方案中使用更多的是氮化镓异质外延片。蓝宝石。碳化硅和硅是目前主要的氮化镓外延片异质衬底材料。

高昂的价格让氮化镓这一优秀的半导体材料迟迟无法用于大众消费市场，而众多手机厂商这一次在充电器中加入氮化镓的做法，不仅极大提升了手机用户的充电感受，更是一场产业价格战。在小米65W氮化镓充电器发布之初。市场上65W氮化镓充电器的零售价基本都处于200元或200元以上，小米打出149元的售价加上其在终端手机用产市场的巨大影响力，让整个氮化镓充电器市场感到压力的同时，也有效降低了消费者购买门槛。

实际上，相对于ANKER，AUKEY。Baseus等第三方充电器厂商。小米。OPPO等手机厂商进入后。利用户业链的优势。更实现了产品的高质和高配。才能真正将氮化镓充电器推向市场。而随着手机厂商氮化镓充电器的推出，倍思65W 2CIA氮化镓充电器，售价从原来的198元调整为168元。降价幅度达到30元：品胜65W氮化镓充电器售价从169元调为145元，降价24元。此外，毕亚玆。RAVPower等品牌的氮化镓充电器产品也采取了相应地调价措施，共同推动氮化镓充电器的落地，

绕不开的快充协议

对于手机用户而言，快充是最直接的感受。而目前市面上的氮化镓充电头，很多都是PD快充，这点需要消费者注意。当然，随着其他私有的快充协议逐渐开放授权，相关的充电头厂商也会将一些私有快充协议集成到充电头中。目前OPPO VOOC闪充已经开放授权，相关充电头厂商已经在做集成，随着充电器的更迭，充电时间有望成为手机产品新一轮的比拼核心。在当前的智能手机中，从0到100%充满电勗快的是OPPO的Reno ACE，28分钟就可以充满4000mAh电池，不过这是去年的手机了。而ReaIme表示X50 Pro从0到100%充满只要35分钟。较市面部分30W旗舰手机，足足节省一半充电时间。在65W'陕充手机中，黑鲨m的4720mAh电池最快充电时间是38分钟，OPPO的Find X2 Pro配备了4260mAh电池，也是38分钟充满。相对于氮化镓对产业链的改变，相信大众消费者更好奇和尖心的是自己的手机多快能充满。而在这样的消费需求引导下，手机快充应用有望上升到新的高度。

光电子领域同样需求旺盛

新冠肺炎疫情导致短期内对GaN基深紫外UVC LED需求高涨。且长期来看。该技术是新的环保。高效紫外光源的不二之选，短期需求和长期市场规模都很可观吋艮据LEDinside发布的《2019深紫外线LED应用市场报告》显示，2018年全球UV LED市场规模达2.99亿美金，预计到2023年市场规模将达9.91亿美金，2018-2023年CAGR达到27%。UV LED广阔的发展前景正吸引越来越多的厂商进入。

基于氮化镓半导体的深紫外发光二极管（LED）是紫外消毒光源的主流发展方向，其光源体积小。效率高。寿命长，仅仅是拇指盖大小的芯片模组，就可以发出比汞灯还要强的紫外光。由于其具备LED冷光源的全部潜在优势，深紫外LED是公认的未来替代紫外汞灯的绿色节能环保产品。但深紫外LED技术门槛很高。目前还是处于发展阶段。在光功率。光效。寿命。成本等方面还有待提升。

写在最后

成为网红的半导体材料

自20年前出现首批商业产品以来，氮化镓已成为射频功率应用中LDMOS和GaAs的重要竞争对手。其性能和可靠性不断提高且成本不断降低。在5G应用将氮化镓需求推向新高度的同时，充电头领域的革新，让氮化镓成为大众眼中的新一代网红。而未来。5G智能手机的屏幕越来越大，与之对应的是手机续航的需求越来越高。这意味着电池容量的增加。GaN快充技术可以很好地解决大电池带来的充电时长问题。