讓我們一起實(shí)現氮化鎵的可靠運行

我經(jīng)常感到奇怪，我們的行業(yè)為什么不在加快氮化鎵 (GaN) 晶體管的部署和采用方面加大合作力度;畢竟，大潮之下，沒(méi)人能獨善其身。每年，我們都看到市場(chǎng)預測的前景不太令人滿(mǎn)意。但通過(guò)共同努力，我們就能夠大大增加這項高能效技術(shù)的市場(chǎng)滲透能力。

如果GaN取得勝利，我們將都是贏(yíng)家。世界范圍內的能效只需提高1%，我們就能關(guān)閉45個(gè)火力發(fā)電廠(chǎng)。在日常生活中，我們已經(jīng)目睹了GaN技術(shù)的部署和采用——其實(shí)直到幾個(gè)月前，我還沒(méi)發(fā)現這一點(diǎn)，因為我女兒?jiǎn)?wèn)我GaN長(cháng)什么樣子，我才意識到，在家中的節日彩燈中有數百個(gè)GaN?。耗鞘荊aN LED里使用的GaN。

GaN可靠性是一個(gè)不錯的合作主題。即使GaN晶體管現在通過(guò)了傳統硅質(zhì)量檢測應力測試，即“qual”，其采用仍然很慢。這是因為“qual”并不能保證低用戶(hù)退貨率，其原因在于它是基于硅材料的。雖然通過(guò)“qual”測試對于器件的生產(chǎn)制造、質(zhì)量和可靠性具有重要的意義，但它并不能表明器件使用壽命、故障率和應用相關(guān)性方面對GaN晶體管的意義。開(kāi)發(fā)人員有多種選擇，即使硅材料解決方案體積更大且能耗更高，但是它們已經(jīng)過(guò)了測試。

對于采用GaN的開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，他們需要有信心去相信部件在預計的使用壽命內能夠穩健耐用地運行。在TI，我們始終在深入思考這意味著(zhù)什么，并將其歸結為圖1中所表示的2個(gè)項目。首先，傳統硅技術(shù)方法需要針對GaN和其故障模式進(jìn)行拓展。第二，應力測試需要包括電源管理的開(kāi)關(guān)條件，而這是傳統硅材料qual測試無(wú)法解決的。

圖1：GaN質(zhì)量鑒定需要現有硅方法體系的擴展，并且需要增加實(shí)際使用情況下的應力測試

當一個(gè)行業(yè)攜起手來(lái)共同開(kāi)發(fā)標準時(shí)，這些標準就會(huì )被認為是可信的。預測的可靠性標準需要對技術(shù)和其故障模式，以及在測試、質(zhì)量鑒定和產(chǎn)品運行方面的知識深入了解。預測性標準的優(yōu)勢在于極大加快了市場(chǎng)普及，而第一步就是意識到現有技術(shù)的不足和缺陷。

我首先在一份白皮書(shū)中(確定 GaN 產(chǎn)品可靠性的綜合方法)對這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明。這份白皮書(shū)引發(fā)了業(yè)內的討論，這也促使我們將這個(gè)對話(huà)延續下去，我們在今年3月召開(kāi)的應用電力電子會(huì )議 (APEC) 上提交了一份行業(yè)對話(huà)論文，并且接受IEEE國際可靠性物理學(xué)討論會(huì ) (IRPS) 技術(shù)委員會(huì )的邀請。我們希望本次對話(huà)能夠進(jìn)一步擴展至工作組層面，并且在其他人也針對這個(gè)重要話(huà)題發(fā)表看法時(shí)拓展工業(yè)領(lǐng)域的協(xié)作。

TI正在通過(guò)可靠且值得信賴(lài)的GaN產(chǎn)品努力打造一個(gè)能效更高的未來(lái)，同時(shí)也將數年的硅制造專(zhuān)業(yè)知識和先進(jìn)器件開(kāi)發(fā)技術(shù)引入到GaN中。TI一直充分利用現有的生產(chǎn)制造基礎設施和能力，使600V GaN工藝符合要求。為了確?？煽啃院头€健耐用性，在對TI的器件進(jìn)行測試時(shí)，TI所使用的GaN特定測試方法的有效性遠遠超過(guò)了傳統硅質(zhì)量鑒定做法。

借助于合格的器件，電源設計人員能夠實(shí)現GaN的滿(mǎn)功率運行，從而打破市場(chǎng)普及阻礙，而最為重要的一點(diǎn)是，這使我們有可能生活在一個(gè)能效更高的世界中。