基于GaN的高功率密度快充正快速成長(cháng)

1   看好哪類(lèi)GaN功率器件的市場(chǎng)？

2020—2021 年硅基氮化鎵（GaN）開(kāi)關(guān)器件的商用化進(jìn)程和5 年前（編者注：指2016 年）市場(chǎng)的普遍看法已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，其中有目共睹的是基于氮化鎵件的高功率密度快充的快速成長(cháng)。這說(shuō)明影響新材料市場(chǎng)發(fā)展的，技術(shù)只是眾多因素當中的1 個(gè)。我個(gè)人看好的未來(lái)5 年（編者注：指2022—2027 年）的氮化鎵應用，包括：快充、服務(wù)器/ 通信電源、電機驅動(dòng)、工業(yè)電源、音響、無(wú)線(xiàn)充電、激光雷達等，其中快充會(huì )繼續引領(lǐng)氮化鎵開(kāi)關(guān)器件的市場(chǎng)成長(cháng)。

相對于硅器件和碳化硅器件，氮化鎵的主要優(yōu)勢是其非常小的輸入輸出寄生參數，帶來(lái)應用上的好處包括極低的開(kāi)關(guān)損耗，允許超高的開(kāi)關(guān)頻率，更高的功率密度，等等。

2   如何讓GaN應用盡快落地？

作為功率開(kāi)關(guān)器件的硅基氮化鎵在商用化的進(jìn)程中，除了性能和價(jià)格，最引起關(guān)注的話(huà)題是長(cháng)期可靠性。目前，氮化鎵開(kāi)關(guān)器件絕大多數都是在硅襯底上生長(cháng)氮化鎵，并以二維電子氣作為溝道的GaN HEMT（高電子遷移率晶體管）。從2010 年IR（編者注：2014 年已被英飛凌公司收購）發(fā)布的業(yè)界第1 款硅基氮化鎵開(kāi)關(guān)器件到現在，整個(gè)業(yè)界對硅基氮化鎵的研究可以說(shuō)已經(jīng)很深入了，但真正大規模的應用還是最近幾年的事。相對而言，硅乃至碳化硅在市場(chǎng)上運行的時(shí)間要長(cháng)得多，現存器件數量也大得多，因此氮化鎵相對其他兩種材料而言，可供分析的失效案例要少很多。這也是消費類(lèi)的快充成為氮化鎵快速成長(cháng)引擎的1 個(gè)原因。另外，因為硅基氮化鎵超小的寄生參數，使其為用戶(hù)帶來(lái)極低開(kāi)關(guān)損耗的優(yōu)勢之外，也大大提高了驅動(dòng)此類(lèi)器件的難度。

英飛凌很早就將著(zhù)眼點(diǎn)放在硅基氮化鎵可靠性的研究實(shí)踐上，并在JEDEC（joint electron device engineering council，國際固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì )）標準之上增加了多重措施，確保我們生產(chǎn)的硅基氮化鎵的長(cháng)期可靠性遠高于市場(chǎng)平均水平。另外，硅基氮化鎵的長(cháng)期可靠性與器件在其應用場(chǎng)景中的電壓擺幅、開(kāi)關(guān)頻率、占空比、溫度等都高度相關(guān)。因此我們建議用戶(hù)在產(chǎn)品設計中與硅基氮化鎵供應商的技術(shù)支持人員就具體應用場(chǎng)景作深度交流，以對長(cháng)期可靠性做出評估。在器件驅動(dòng)方面，英飛凌開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的氮化鎵驅動(dòng)器，減輕了用戶(hù)設計驅動(dòng)電路時(shí)的壓力。

3   英飛凌的發(fā)展規劃

硅基氮化鎵經(jīng)過(guò)數年的規?；逃?，已經(jīng)證明其突出的性能提升，以及誘人的市場(chǎng)前景。未來(lái)幾年，該市場(chǎng)將會(huì )保持兩位數的年復合增長(cháng)率。與之相呼應，英飛凌為高功率工業(yè)類(lèi)應用及低功率消費類(lèi)應用都已經(jīng)量產(chǎn)或規劃了分立產(chǎn)品及集成驅動(dòng)器的產(chǎn)品。此外，英飛凌2021 年9 月和松下公司簽署協(xié)議，共同開(kāi)發(fā)基于8 英寸（注：1 英寸=2.54 cm）晶圓的650 V 第二代氮化鎵技術(shù)。這些器件將更加易用，并提供更高的性?xún)r(jià)比，主要針對高功率和低功率SMPS（switching mode power supply，開(kāi)關(guān)電源）應用、可再生能源、電機驅動(dòng)應用等。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年1月期）