机器人关节驱动新增量：GaN（氮化镓）器件供应商梳理

一. 驱动逻辑

GaN（氮化镓）器件通过高频、高能效、耐高压、小体积等优势，有效改善人形机器人关节驱动精度、功率密度与散热三大难题。

目前GaN已开始用于执行器等模块，特斯拉、智元、宇树等海内外大厂处于测试导入、验证阶段。

GaN器件前五大厂商为英诺赛科、英飞凌、德州仪器、EPC、纳微，整体呈寡占格局。

GaN对晶圆尺寸和芯片制程要求有限，国产厂商贴近下游客户，且成本低、响应周期快，国产替代趋势明确。　

二. 半导体材料划分

半导体材料是导电性能介于导体和绝缘体之间的电子材料，按代际划分：

（1）第一代材料：硅；工艺成熟、成本低，用于分立器件（功率半导体，如MOSFET、IGBT）、集成电路（逻辑/模拟/存储芯片）。

（2）第二代材料：砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）；光电性能卓越，用于射频器件、光通信器件。

（3）第三代材料：碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）；耐高温、耐高压、宽禁带，用于高频电子器件。

三. GaN概览

氮化镓（GaN）是一种由氮和镓合成的宽带隙III-V族化合物，属于第三代半导体代表材料。

与第一代、第二代材料相比，GaN具有更高的禁带宽度、电子迁移率、电子饱和速率和击穿电场强度，以及更宽的工作温度范围。

这些特性使GaN在高频高功率密度应用中具备优势，成为5G通信、数据中心、新能源汽车、消费电子、工业控制等领域的关键材料：

（1）功率电子：消费电子快充、数据中心电源、光伏逆变器。

（2）射频通信：5G基站（功放）、雷达与卫星通信（射频前端模块）。

（3）新能源汽车：车载充电器（OBC）、DC/DC转换器。

四. GaN替代MOS的优势

传统功率器件MOSFET受限于物理特性（如窄禁带、低电子迁移率），在追求高效能、小体积的人形机器人领域，已逐渐触及性能天花板。

GaN替代硅基MOS的核心优势包括：

（1）性能增强：高频性能提升、功率密度提升、PWM控制分辨率提升、动态响应能力增强。

（2）能效提升：导通电阻大幅降低、开关损耗极低、无反向恢复损耗。

（3）空间优化：体积减少、重量减轻、散热需求降低。

五. GaN器件在人形机器人的应用

（1）关节驱动：用于电机驱动模组，集成于关节驱动板。

（2）电源管理系统：电源模块（DC/DC电源转换）、电池管理系统（BMS）、主板电源（GPU供电）。

（3）感知与控制系统：力矩传感器、IMU(惯性测量单元)、通信模块。

六. 国内布局厂商

（1）GaN电机/驱动器：固高科技、睿能科技。

（2）GaN器件/芯片：英诺赛科、宏微科技。