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功率金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET结构和技术不断升级，让日常生活应用改善变得尤为明显。例如早年65W功率笔记本电源与板砖无异，现在ThinkPlus口红电源仅比口红略宽一圈，却实现了了65W输出功率并支持USB PD协议。 但ThinkPlus口红电源仍然只是个例，使用游戏笔记本出门的你一定感同身受，超过100W功率的电源有时候就能占掉笔记本重量的一半，电路技术提升，更高功率需求开始让另外一部分人对电源便携性报以意见。 后来直至Anker开始批量生产基于氮化镓电源Anker PowerPort Atom PD 1，更高功率的氮化镓电源也提上议程，历经数次波折之后，消费级量产氮化镓终于能够被买到。 那么，氮化镓电源为什么意义重大，它又将如何改变我们的生活？在这篇文章中，笔者会对氮化镓电源的过去、未来进行浅析。 在描述氮化镓电源之前，必须先说一下MOSFET。如开头所言，功率金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，最早出现在1976年，被用于替代双极型晶体管（BJT）。这种多数载流子器件工作速度快，性能稳定，并具有比少数载流子器件拥有更高的电流增益，最终使得开关电源转换器成为商用产品。 有点基础的同学一定不会对双极型晶体管（BJT）感到陌生 由于硅基器件拥有高稳定性和小效率，并且成本不断下跌，功率MOSFET本身具备低成本结构。基于硅的功率MOSFET在不断进化中，逐渐变成了几乎所有消费产品不可或缺的部件。 最早功率MOSFET被用于AC/DC开关电源，然后被用于变速电动机、荧光灯、DC/DC转换器等等。 IR国际整流器公司在1978年11月推出IRF100功率MOSFET，源漏击穿电压100伏特、导通电阻0.1欧姆，这个参数成为当时标杆。但因为裸片尺寸超过40平方毫米，价格也不便宜，达到34美元，即使无视通货膨胀，要放到现在手机电源中，恐怕主机厂们会以体积和成本为由，有千万个不愿意。 玩笑归玩笑，功率MOSFET打开的电源新局面被不断优化，例如英飞凌的BSC060N10NS3就做到了0.072欧姆平方毫米。由于硅材料主导了半导体发展进度，英飞凌这款产品在事实上几乎达到了硅基器件的理论极限值。 有趣的是，如今的IR国际整流器公司，早已变成英飞凌公司的一部分。 因此，就有了我们文章开头的那一幕。无论人们对电源有诸多不满意，出于成本和硅基器件的极限，笔记本厂商们已经无法再提供一个更小的电源，而并非网友戏说的“不思进取”。这时候，被发现、研发时间不算太长的氮化镓元件被摆上台面。 氮化镓的过去在2004年，日本优迪娜/富士通（Eudyna/Fujitsu）研发出了基于氮化镓GaN高电子迁移率晶体管（HEMT），使用碳化硅SiC衬底，采用HEMT结构。这套结构在1975年被提出，并在1994年发现氮化铝镓AlGaN与氮化镓GaN异质结界面处存在异常高浓度二维电子气。利用这一现象，优迪娜/富士通（Eudyna/Fujitsu）实现了能在千兆赫兹级的频率范围内产生基准功率增益。 举个简单的例子，如果把我们墙壁上电源插口里的交流电看成滔滔不绝的江水，功率器件们需要拿着勺子在大江里捞水，然后变成直流电给数码产品供电。传统硅功率器件每秒钟可能勺10下，那么氮化镓GaN功率器件可能会以每秒40、50下的速度勺水，十分能干。 但在2004年到2009年期间，GaN晶体管基本上在耗尽型射频晶体管上发展，并不利于功率系统使用，并且由于氮化镓GaN产量稀少，价格只能用贵来形容。 直至2009年6月，宜普电源转换公司EPC推出了第一款增强型硅基GaN HEMT，并为其注册商标eGaN。目的很明确，他们希望设计现有功率MOSFET的替代品，因此eGaN FET本身也不需要负电压关断。通过使用宽禁带半导体制造技术，确保GaN晶体管也能拥有高产量而且低成本。 很快，松下、富士通、GaN Systems、英飞凌等业界大佬宣布制造GaN晶体管，而且专门针对功率转换市场。氮化镓电源研发、设计、制造才总算正式拉开序幕。 新技术和产品诞生本身也伴随着很多不确定性与反复。初创公司FinSix推出的Dart系列电源曾经在一段时间内被当成最有戏的氮化镓电源，但Dart系列电源本身定价高达700元人民币，并且设计相对普通，支持苹果USB Type-C充电的型号还要额外购买Dart-C版本。可惜，Dart-C几乎就没有过有货的时候。
随后，台达Innergie PowerGear 60C在发布的时候曾经有传言使用了氮化镓GaN技术，正式售价同样接近700元人民币，以至于下预定订单的用户相信Innergie PowerGear 60C与Dart-C电源相当。但很快经过拆解发现，Innergie PowerGear 60C仍然只是使用传统的硅基器件。
被称为网红电源的ThinkPlus口红电源，与台达Innergie PowerGear 60C相似，把65W功率电源压缩成了近似于口红大小，定价也便宜了很多，电商售价只需要200元人民币左右，支持USB PD，兼容苹果、戴尔等多家笔记本，以及绝大多数手机快充，可以说是当下最良心的电源。 即便如此，ThinkPlus口红电源设计仍然基于传统硅基器件功率MOSFET，只能说是现有工艺的进一步提升。事实上，X宝上也有许多小作坊式厂商在尝试压缩40W到65W之间的电源体积，一方面不知名，另一方面也被反映存在漏电情况，体验不如ThinkPlus口红电源。
这时候再回过头来看Anker2018新品发布会宣布推出基于氮化镓元件电源有多么不容易。率先开卖的PowerPort Atom PD 1实际体积仅比iPhone 5W原装充电器稍大一些，拥有一个USB Type-C口，支持USB PD快充协议，功率为30W。 但也仅仅是开始，接下来Anker还会推出60W双口、100W多口，基于氮化镓元件的电源，消费级氮化镓电源产品化才算在1个月前正式拉开序幕。目前为止，Anker仍然是市面唯一大规模量产、销售消费级氮化镓电源的厂商。
其实在军工领域，基于氮化镓器件早已被广泛使用，战斗机、雷达等军事设备高效和稳定的氮化镓器件设备。但对于消费级功率转换半导体器件而言，要求很明确，就是高效率、高可靠性、可控性和低成本，违背这些要求的器件不可能成为主流。
在讨论电源管理技术的时候，通常会把四个问题摆上台面，分别是： 1、是否能够提供新功能？ 2、是否容易使用？ 3、对用户是否具有成本效益？ 4、是否可靠？ 毫无疑问，氮化镓晶体管实现最重要的新功能就是开关速度突破，它具有比硅更高的临界击穿电场，能够承当从漏极到源极更大的电压，这也使得导通电阻比硅基MOSFET更小，并且效率更高、速度更快。
氮化镓电源仍然是基于现有硅基MOSFET设计，在结构和应用上能够直接复制，让工程师、厂商上手更为迅速，对于消费者而言，除了氮化镓电源体积更小之外，没有任何上手和使用门槛。 目前氮化镓晶体管可以在150毫米直径的衬底上制造，很快就能发展到200毫米直径衬底，特别是氮化镓晶体管使用的是标准硅衬底，可以做到与相同衬底制造上不会增加成本，但由于氮化镓晶体管需要的面积更小，成本相对会更低。 而随着需求不断上升，产线投产，外延生长、晶圆制造成本都会进一步降低，特别是简单的氮化镓晶体管结构制备工艺比现有技术的功率MOSFET少很多工艺处理步奏。 重点是，氮化镓技术才刚刚开始，它距离理论极限还很远，现在的氮化镓电源在多年之后往回看，一定也显得非常原始。
在上个世纪70年代，功率MOSFET设计者相信会有一个技术完全取代双极型晶体管，现在功率MOSFET确实在改变人们的生活，并催生出了新应用和新市场。氮化镓技术可能就会是下一个转折点，随着越来越多氮化镓晶体管设计进入市场，硅基氮化镓外延生长技术成熟，我们很快会发现游戏笔记本电源可以很小，甚至不需要，通过机身自带的氮化镓电源，只延伸出插口向交流电取电，干掉外置电源本身，也是完全有可能的。
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