2022年中下旬，我曾拍过一期大众前CEO迪斯饮恨离职的视频，详细解读了迪斯与大众7年间的爱恨情仇。而当时被“非正常离职”的迪斯，虽然已经65岁，却是个香饽饽。不仅有2015年就向他抛出橄榄枝的特斯拉，还有中国新势力品牌蔚来的热辣示爱。但没过多久，就传来迪斯修整之后，决定入职英飞凌的消息。对于英飞凌这家企业，相信大家都有些耳熟，作为欧洲顶级半导体零部件供应商，与大众、宝马都有密切合作。于是，大量媒体的评价都是“迪斯的复仇”要开始了。事实上，生意人之间哪有什么“隔夜仇”，迪斯又是一位职业经理人，所以他选择英飞凌，必然有什么“独特”的原因。3月2日，也就是迪斯就任英飞凌监事会主席的第10天。英飞凌官宣，将以 8.3 亿美元（57亿人民币）收购 GaN Systems，并且两家公司目前已经签署了最终协议。GaN Systems作为全球氮化镓（GaN）功率半导体重要生产厂商，自此属于英飞凌。但从这一步上看得出，英飞凌这家企业进军氮化镓领域的布局，是非常清晰明了的。对于在大众吃够了“方向不一致”的苦的迪斯来说，英飞凌的这一选择对他的诱惑显然是“巨大的”。
在介绍氮化镓这款新材料前，我们需要先了解什么是功率半导体和它的应用。毕竟对我们普通人来说，单纯理解材料性质没有任何意义，只有把它的特性应用到功能里，满足我们的需求，才能更好的了解氮化镓即将创造的奇迹。众所周知，充电器（头）的作用，是把电网输出的220V 50Hz的交流电，转换成目标电压下的直流电。比如手机电池通常需要的，就是5V直流电。这个需要充电头完成的转变过程，一共有三个主要步骤：变压器：利用高中最令人头疼的法拉第电磁感应定律，通过U型铁棒不同匝数的缠绕，把220V交流电转换成5V目标交流电。二极管：用四根单向二极管组成全桥整流电路，把上下波动的50Hz交变电流，转换成只有上弦的100Hz的脉动直流电。电容器：此时将电流转入电容器内“短暂存储”，再输出时，就是相对稳定的直流电，也就是学术上的“滤波”作用。其实完成这三步骤后，一个充电器的基础使命已经达成。可是，我们显然需要更小的充电器体积，以便于出行携带。由于公式太过复杂，这里就给大家说结论：电压U，与频率f、磁通量φ、每伏匝数N*横截面积S，都成正比。每伏匝数N * 横截面积S，也就是变压器的体积想减小，就需要频率f、或磁通量变大。而通常情况下，磁通量的大小与磁场面积成正比，于是能改变的就只有频率f了。于是，人们引入了一个极为关键的零部件——一种功率半导体。也就是一个由硅制成的MOS管（半导体场效应晶体管），不是流浪地球里的Moss，而是一个通过芯片控制可以实现“频繁开合”的电子开关。而利用开关高频的规律开合，就可以将直流电转化为脉动直流。先由二极管 + 电容器 + 频率约为50KHz的硅开关半导体形成一个整流滤波装置，输出220V的高频高压脉动直流。这次，再接上一个变压器，降成所需的低压脉动直流电。最后再接入一个电容滤波，齐活。此时的你，已经基本了解了第二代充电器的功能结构，因为还有一些反馈控制系统来保证输出电压电流准确，这部分我们就不提了。而人类的欲望，是无止境的
。我们，还想要更高功率的充电头，因为这样才能更快的完成充电。但根据功率公式P=UI，当电流一定时，我们只能提供更高的电压。而一种材料的性质必然是有极限的，所以65W充电器的体积，它就只能比5W大得多。2022年2月，小米发布了一款功率65W，造型却没有一盒饮料大的氮化镓充电器。安克、倍思等品牌，早在2019年就开始布局生产，尤其是苹果用户可能都比较熟悉。包里只需要塞这么一颗小小的充电头，就可以同时为Mac笔记本、手机以及第三款设备同时充电，并且速度都不慢。实不相瞒，社长就是经朋友推荐，并且成功安利给身边不少朋友使用的受益者。前面我们解释过了，只要MOS管的开关频率 f 得到提升，那么配套的所有元器件的体积就都能够缩小。于是我们要的高功率、小体积的充电器自然而然就出现了。而频率，也就是开关频率，要受到三个主要因素的影响：最高电压、能量密度，以及散热。这里面涉及到晶体管运行规则，所以社长用一个简单比喻来解释。那么这个门，能承受的推拉力度越大，开合速度也就越快。而这个推拉力，就是击穿电子强度，强度越高，门越不易被击穿损毁。同样，门的宽度（禁带宽度）越大、电子跑的速度（电子迁移率）越快，那单位时间内能够通过的电子也就越多。同时，因为推拉产热，所以制造门的材料热导率越高，那么散热效果也就越好，自然就不需要更大的空间去散热。也就是说，只需要在硅基衬片上，“涂上”氮化镓这层膜。事实上，原本硅基芯片的频率上限只能达到100kHz，而使用氮化镓后，频率可以达到1000kHz。即便真实应用上不会有如此大的差距，但也足以形成天壤之别。或许，你会觉得厉害是很厉害的，但也就那么回事儿吧。确实，氮化镓作为第三代半导体材料（宽禁带半导体材料），主要应用领域其实是在于高温、高频、高功率的器件上。甚至早在1990年，美国最开始研发这种材料时，就是应用于光电及军工领域。所以氮化镓、碳化硅为主掀起的第三代半导体芯片革新，并不会止步于此。3月1日，特斯拉投资者日上，特斯拉提到要在保持性能的前提下减少75%碳化硅的使用量。其中的手段之一，或许就是将电压提高到48v。而你发现没，高电压的情况下，氮化镓完全可以凭借其更高的能量密度，在单位价格内，和碳化硅拥有一战之力。也许，氮化镓半导体本身，这就是这场发布会上没有提到的替代品之一。当然，这只是一种猜想，但英飞凌的选择，确实真金白银的投资。早在2019年，就以每股 28.35 美元，最终101亿美元现金成功收购美国半导体厂商 Cypress（赛普拉斯）完成在碳化硅领域布局后。英飞凌仍旧手握数十亿欧元重金，在市场搜寻着，在电动汽车、自动驾驶等方向，谁能带来更长久的利益？答案显而易见，英飞凌押注了氮化镓，并且与自身已经具备的碳化硅优势形成“两条腿”走路的绝对优势。早在2019年，被英飞凌收购的GaN Systems 公司，就与丰田及日本名古屋大学合作开发“全GaN汽车”，证明了氮化镓在汽车功率转换方面的可行性。2021年9月13日，GaN Systems也曾与宝马签订合作金额高达1亿美元（近6.9亿人民币）的产能协议。
同样，车规级GaN产品也应用到了瑞萨电子的48V/12V双向DC/DC转换器中。
据估计，功率 GaN 市场的消费应用，已经从 2021 年的 7960 万美元增长到 2027 年的 9.647 亿美元，复合年增长率为 52%。这当中，汽车和移动行业的氮化镓需求占比，已经从 2021 年的 530 万美元增长到 2027 年的 3.089 亿美元，复合年增长率达到惊人的 97%。这份预期，已经将氮化镓的“下探”写在了纸面上。业内也有将氧化镓当成是第四代半导体材料的说法，同时进行碳基芯片研发的企业也投入巨大。每一次点滴的进步，都润物无声地方便着我们的生活，并且正在快速革新着一切。也正因为有千千万万个这样的变化，才有了今天繁荣的社会进程。
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