在半导体领域，氮化镓（GaN）与碳化硅（SiC）之间的竞争持续升温。最近，宾夕法尼亚州立大学的研究团队在电气工程教授朱荣明的带领下，成功研发出一款能在高达800°C运行的氮化镓芯片，这一温度足以融化食盐，显示出其在极端环境下的潜力。

氮化镓芯片的突破性进展，可能对未来的太空探测器、喷气引擎及制药过程等应用至关重要。阿肯色大学的电气工程与计算机科学杰出教授艾伦·曼图斯指出，氮化镓芯片能在天然气涡轮机及化工厂的高能耗制造过程中发挥监控作用，这是碳化硅芯片无法实现的。

这两种半导体材料的优势来自于其宽能隙，氮化镓的能隙为3.4 eV，而碳化硅的能隙为3.3 eV，这使得它们在高温下仍能稳定运行。氮化镓的高电子迁移率晶体管（HEMT）结构，通过在氮化镓层上方添加铝氮化镓薄膜，形成了高浓度的二维电子气（2DEG），使得电子在芯片内的运动更为迅速，提高了晶体管的响应速度和电流承载能力。

然而，尽管氮化镓芯片在性能上超越了碳化硅，曼图斯对其长期可靠性表示担忧，特别是在500°C以上的极端温度下，氮化镓可能会出现微裂纹等问题。朱荣明也承认，提升高温下的可靠性仍是未来的改进方向，目前他们的芯片在800°C下的持续运行时间约为一小时，这对实际应用提出了挑战。

这项技术的潜在应用范围广泛，包括在金星表面等极端环境中运行的电子设备。朱荣明指出，若能在800°C下稳定运行一小时，那么在600°C或700°C的环境中，运行时间将会更长。

随着氮化镓芯片的成功，未来的计划包括进一步提升芯片的运行速度，并考虑商业化的可能性。尽管氮化镓目前在高温电子学领域占据优势，但曼图斯的实验室也在努力提升碳化硅芯片的性能，竞争仍在持续升温。根据市场预测，全球GaN与SiC功率半导体市场将在2025年达到171亿美元，并预计到2029年增长至343亿美元，年复合增长率超过19%。

（首图来源：shutterstock）