单晶硅是个好东西，因为它又大又便宜！GaN更是个好东西，因为它禁带宽（说白了就是耐高压，电压高了，功率能力也就上去了），导热好！

但是至于硅基GaN嘛……可就不一定了。

严谨一点解释的话禁带是这样的：

禁带：是指电子从原子核轨道上脱离所需要的能量，GaN 的禁带宽度为 3.4eV，是硅的 3 倍多，所以说 GaN 拥有宽禁带特性（WBG）。禁带宽度决定了一种材料所能承受的电场。GaN 比传统硅材料更大的禁带宽度，使它具有非常细窄的耗尽区，从而可以开发出载流子浓度非常高的器件结构，而载流子浓度直接决定了半导体的导电能力。

Si

硅（silicon），严谨点儿，应该是高纯度的单晶硅（99.999999999%），作为第一代半导体材料，其技术与应用发展到如今已经非常成熟，目前全球 95% 以上的半导体芯片和器件都是用硅片作为基础功能材料而生产出来。

硅片

但是由于硅本身的带隙较窄、电子迁移率和击穿电场较低，并不适用于制造功率器件产品。但是这并不意味着硅是第一代半导体材料，就一定很落后。（如果有人告诉你我这产品用的是第四代半导体，是最新的技术，比第一代半导体厉害了不知道几百万倍，我可以很负责任的告诉你，他要么不懂技术，要么就是故意在骗你的钱。想知道原因，欢迎参阅作者这篇文章：衬底与外延，这俩到底是啥关系？这回帮你捋顺了！）

虽然Si是第一代半导体材料，但是最先进的逻辑芯片（CPU、GPU、ASIC、FPGA等等各种乱七八糟的U）和存储芯片（NAND、NOR、DRAM、SRAM等等等等），肯定是只能用单晶Si的衬底来做的，不为别的，就是因为高纯（才能低功耗、易掺杂、工艺制程高、晶体管集成度高），99.999999999%（至少11个九……）。

而且，由于技术成熟，硅片价格是贼便宜贼便宜的。一张8英寸的P型高纯硅片，也就几十块钱不到！！（芯片贵在制造，原材料真的很便宜）但是这张8寸硅片，如果用3nm工艺进行加工制造（就是流片），量产成本也要15W/片左右，仅仅是打样的话，估计就合到几百万一片了。

所以我说，单晶硅是个好东西，大家应该是赞同的吧。

GaN

GaN是氮化镓，是氮和镓的化合物，英文名称是 Gallium nitride。（GaN读的时候直接就是Gan，干，[我想静静]，真的不骗你。）

由于 GaN 晶体管的沟道阻抗小、寄生电容小、低损耗、耐高温以及散热性的优势，使得GaN材料非常适合做功率器件。GaN的开关电源（就是你的手机充电器）的电源转化效率高比硅芯片电源高个几十倍也很正常！

现在动辄220W的神仙秒冲，基本上就得用到GaN甚至SiC（这个更强，但是更贵）才能实现，十几年前的5W充电器基本上就是GaAs或者Si的。

GaN性能好，但是真的很贵很贵。光是6英寸的衬底就得过万，量产流片费用高达300万/片。是硅集成电路价格的几十倍！（很难做大尺寸）目前氮化镓外延片晶圆最大尺寸为8英寸，因此可以使用8英寸Fab，流片目前8英寸主流工艺节点包括0.35u-0.13um等制程。

某gan微波单片集成电路mpw流片加工（二次） 招标项目

所以我说，GaN也是个好东西，大家应该也不反对的吧。

硅基GaN

说到硅基GaN，就得先聊聊衬底与外延的关系。（欢迎参阅作者这篇文章：衬底与外延，这俩到底是啥关系？这回帮你捋顺了！）

外延是指通过外延生长技术在衬底上生长出来的薄膜。这个薄膜可以与衬底用相同的材料（同质外延），但可以用与衬底不同的材料（异质外延）。例如，可以在硅衬底上生长GaN薄膜（异质外延），也可以在GaN衬底上生长GaN薄膜（同质外延）。

不同衬底的GaN外延对比

外延片的最大价值就在于，它可以得到最优的性价比。比如，它通过在便宜的硅片上生长一层薄薄的GaN外延，这样用成熟（便宜）的第一代半导体材料做衬底，来(部分)实现第三代半导体（非常贵）宽禁带的特性（其击穿电压已经可以达到600V），可谓是相当划算（外延片只要几百块一片，流片技术尚不非常成熟，价格估计比硅片高，但是肯定比GaN要便宜很多）。

那么为什么说它不行呢？？因为像这种异质外延的结构，是存在很多问题的，比如晶格失配（可以理解为把脚手架搭在塑料地基上，就会非常不稳）、温度系数不一致（热胀冷缩，温度变化时，不同材质肯定存在问题）、热传导不良（Si的导热性很差的，你想想GaN的优势就是做功率器件，但是它的散热又那么差，你慌不慌）等等。

做产品，质量是很关键的，这么多缺陷，反映到量产上，是很难质量把控的。尤其是硅衬底的那个导热率，用作功率器件上简直就是噩梦啊，用作射频器件吧，在移动端（<5V场景）性能还干不过GaAs，导热还是个坑。现在的状态是，大家都很看好硅基GaN这个东西，但是敢上产品的几乎还没有，甚至晶圆厂的产线都不太成熟（还有模型啥的也都不健全）。

总之，硅衬底的导热，如果解决不了，GaN就是个纯坑，谁用坑谁！