ROHM開(kāi)發(fā)出針對150V GaN HEMT的8V柵極耐壓技術(shù)

全球知名半導體制造商ROHM（總部位于日本京都市）面向以工業(yè)設備和通信設備為首的各種電源電路，開(kāi)發(fā)出針對150V耐壓GaN HEMT*1（以下稱(chēng)“GaN器件”）的、高達8V的柵極耐壓（柵極-源極間額定電壓）*2技術(shù)。

近年來(lái)，在服務(wù)器系統等領(lǐng)域，由于IoT設備的需求日益增長(cháng)，功率轉換效率的提升和設備的小型化已經(jīng)成為重要的社會(huì )課題之一，而這就要求功率元器件的進(jìn)一步發(fā)展與進(jìn)步。

ROHM一直在大力推動(dòng)業(yè)內先進(jìn)的SiC元器件和各種具有優(yōu)勢的硅元器件的開(kāi)發(fā)與量產(chǎn)，以及在中等耐壓范圍具有出色的高頻工作性能的GaN器件的開(kāi)發(fā)。此次，ROHM就現有GaN器件長(cháng)期存在的課題開(kāi)發(fā)出可以提高柵極-源極間額定電壓的技術(shù)，能夠為各種應用提供更廣泛的電源解決方案。

與硅器件相比，GaN器件具有更低的導通電阻值和更優(yōu)異的高速開(kāi)關(guān)性能，因而在基站和數據中心等領(lǐng)域作為有助于降低各種開(kāi)關(guān)電源的功耗并實(shí)現小型化的器件被寄予厚望。然而，GaN器件的柵極-源極間額定電壓較低，在開(kāi)關(guān)工作期間可能會(huì )發(fā)生超過(guò)額定值的過(guò)沖電壓，所以在產(chǎn)品可靠性方面一直存在很大的問(wèn)題。

在這種背景下，ROHM利用自有的結構，成功地將柵極-源極間額定電壓從常規的6V提高到了8V，這將有助于提高采用高效率的GaN器件的電源電路的設計裕度和可靠性。此外，還配合本技術(shù)開(kāi)發(fā)出一種專(zhuān)用封裝，采用這種封裝不僅可以通過(guò)更低的寄生電感更好地發(fā)揮出器件的性能，還使產(chǎn)品更易于在電路板上安裝并具有更出色散熱性，從而可以使現有硅器件的替換和安裝工序中的操作更輕松。

未來(lái)，ROHM將加快使用該技術(shù)的GaN器件開(kāi)發(fā)速度，預計于2021年9月即可開(kāi)始提供產(chǎn)品樣品。

＜開(kāi)發(fā)中的GaN器件的特點(diǎn)＞

ROHM即將推出的目前正在開(kāi)發(fā)中的GaN器件具有以下特點(diǎn)：

1. 采用ROHM自有結構，將柵極-源極間額定電壓提高至8V

普通的耐壓200V以下的GaN器件的柵極驅動(dòng)電壓為5V，而其柵極-源極間額定電壓為6V，其電壓裕度非常小，只有1V。一旦超過(guò)器件的額定電壓，就可能會(huì )發(fā)生劣化和損壞等可靠性方面的問(wèn)題，這就需要對柵極驅動(dòng)電壓進(jìn)行高精度的控制，因此，這已成為阻礙GaN器件普及的重大瓶頸問(wèn)題。

針對這種課題，ROHM通過(guò)采用自有的結構，成功地將柵極-源極間的額定電壓從常規的6V提高到了業(yè)內超高的8V。這使器件工作時(shí)的電壓裕度達到普通產(chǎn)品的三倍，在開(kāi)關(guān)工作過(guò)程中即使產(chǎn)生了超過(guò)6V的過(guò)沖電壓，器件也不會(huì )劣化，從而有助于提高電源電路的可靠性。

2. 采用在電路板上易于安裝且具有出色散熱性的封裝

該GaN器件所采用的封裝形式，具有出色的散熱性能且通用性非常好，在可靠性和可安裝性方面已擁有可靠的實(shí)際應用記錄，因此，將使現有硅器件的替換工作和安裝工序中的操作更加容易。此外，通過(guò)采用銅片鍵合封裝技術(shù)，使寄生電感值相比以往封裝降低了55％，從而在設計可能會(huì )高頻工作的電路時(shí)，可以更大程度地發(fā)揮出器件的性能。

3. 與硅器件相比，開(kāi)關(guān)損耗降低了65％

該GaN器件不僅提高了柵極-源極間額定電壓并采用了低電感封裝，還能夠更大程度地發(fā)揮出器件的性能，與硅器件相比，開(kāi)關(guān)損耗可降低約65％。

＜應用示例＞

●   數據中心和基站等的48V輸入降壓轉換器電路

●   基站功率放大器單元的升壓轉換器電路

●   D類(lèi)音頻放大器

●   LiDAR驅動(dòng)電路、便攜式設備的無(wú)線(xiàn)充電電路

＜術(shù)語(yǔ)解說(shuō)＞

*1) GaN HEMT

GaN（氮化鎵）是一種用于新一代功率元器件的化合物半導體材料。與普通的半導體材料硅相比，具有更優(yōu)異的物理性能，目前利用其高頻特性的應用已經(jīng)開(kāi)始增加。

HEMT是High Electron Mobility Transistor（高電子遷移率晶體管）的英文首字母縮寫(xiě)。

*2) 柵極-源極間額定電壓（柵極耐壓）

可以在柵極和源極之間施加的最大電壓。

工作所需的電壓稱(chēng)為“驅動(dòng)電壓”，當施加了高于特定閾值的電壓時(shí)，GaN HEMT將處于被動(dòng)工作狀態(tài)。