SuperGaN使氮化鎵產(chǎn)品更高效

1 專(zhuān)注GaN的垂直整合

Transphorm 是GaN（氮化鎵）功率半導體領(lǐng)域的全球領(lǐng)先企業(yè)，致力于設計和制造用于新世代電力系統的高性能、高可靠性650 V、900 V 和1 200 V（ 目前處于開(kāi)發(fā)階段）氮化鎵器件。

Transphorm 擁有1 000 多項專(zhuān)利，氮化鎵器件為單一業(yè)務(wù)。Transphorm 是唯一一家以垂直整合商業(yè)模式運營(yíng)的上市公司，這意味著(zhù)在器件開(kāi)發(fā)的每個(gè)關(guān)鍵階段，我們均能做到自主可控和創(chuàng )新——包括GaN HEMT 器件設計、外延片材料、晶圓制程工藝，直至最終氮化鎵場(chǎng)效應晶體管芯片。因此，我們的氮化鎵器件能夠使效率超過(guò)99%、將功率密度提高50%、以及將系統成本降低20%。

Philip Zuk(Transphorm業(yè)務(wù)發(fā)展和市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)高級副總裁)

2 SuperGaN的優(yōu)勢

Transphorm 的 SuperGaN^? 技術(shù)是一種共源共柵（cascode）結構的常閉耗盡型（normally-off d-mode）氮化鎵平臺。該平臺特點(diǎn)使得SuperGaN 具備了增強型（e-mode）氮化鎵所不能比擬的優(yōu)勢，包括：

●   業(yè)界領(lǐng)先的可靠性（FIT< 0.03）；

●   較高的飽和電流可減少對并聯(lián)器件的需要；

●   基于基礎物理特性的極低電阻溫度系數（TCR）；

●   由于器件復雜度低，并具有出色的柵極安全裕度（±20 V 柵極穩健性和4 V 抗噪性），因而易于設計；

●   可與現成驅動(dòng)器配對，因而易于驅動(dòng)；

●   易于制造（具有與硅器件相似的良率）；

●   良好的設計多樣性（可提供即時(shí)替代的封裝；可提供高性能封裝，能用單個(gè)Transphorm 器件替代多個(gè)并聯(lián)的e-mode 氮化鎵器件或硅器件）；

●   業(yè)界最多的器件封裝選擇（SMD、TO-XXX、TOLL、TOLT 等） 。

最終，上述優(yōu)勢使 Transphorm 的高壓氮化鎵場(chǎng)效應晶體管產(chǎn)品組合能夠滿(mǎn)足當今廣泛的市場(chǎng)應用、支持最寬的功率級范圍（45 W~10+ kW）。這些市場(chǎng)應用包括：電源適配器/ 充電器；電腦游戲/ 算力應用PSU；數據中心 PSU；航天航空PSU；廣泛的工業(yè)系統（高可靠的電源模塊、UPS 等）；可再生能源/ 太陽(yáng)能光伏微型逆變器；電動(dòng)出行系統。

3 平臺類(lèi)型不同，導致GaN產(chǎn)品差異

業(yè)界普遍存在一種誤解，即認為無(wú)論平臺類(lèi)型如何（e-mode 或 normally-off d-mode），所有氮化鎵器件都是一樣的。然而事實(shí)并非如此。

據我們了解，一些客戶(hù)對使用氮化鎵技術(shù)心存顧慮，因為有過(guò)使用e-mode 氮化鎵解決方案出現現場(chǎng)失效的負面體驗。我們的理解是，這些故障要么是由于性能和可靠性問(wèn)題，要么是由于e-mode 的柵極安全裕度較低，以及定制驅動(dòng)器要求產(chǎn)生的復雜性，給電力系統的基本設計帶來(lái)了困難。

這些是Transphorm 選擇開(kāi)發(fā)normally-off d-mode平臺的幾個(gè)原因。在我們的SuperGaN 平臺中，氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN HEMT）與一個(gè)低壓硅MOSFET 配對，這種配對解決了e-mode 經(jīng)常會(huì )面臨的問(wèn)題。由于硅MOSFET 電壓較低，因此SuperGaN 器件可由眾所周知的常用硅驅動(dòng)器驅動(dòng)，簡(jiǎn)單易使用，同時(shí)還擁有硅管的穩健性和可靠性，并可發(fā)揮出GaN HEMT自身的全部性能優(yōu)勢。

SuperGaN 技術(shù)平臺的豐富設計經(jīng)驗、性能和可靠性，是Transphorm 氮化鎵器件目前被前面所列市場(chǎng)中45 W~7 kW+ 應用所廣泛采納的原因，也是我們能夠推出900 V 平臺、并正在開(kāi)發(fā)1 200 V 平臺的原因。1 200 V 的電壓使氮化鎵成為電動(dòng)出行應用中極具吸引力的解決方案，因而對碳化硅（SiC）技術(shù)構成挑戰。目前還沒(méi)有任何一家e-mode 器件制造商號稱(chēng)具有相同能力。

氮化鎵剛剛進(jìn)入市場(chǎng)的初期，我們與客戶(hù)合作進(jìn)行應用開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，還了解到一些其他的次要挑戰。這些挑戰與固件開(kāi)發(fā)有關(guān)：當時(shí)，習慣于模擬系統的電力系統市場(chǎng)對固件開(kāi)發(fā)還有些陌生。Transphorm 通過(guò)與Microchip 公司合作，將后者的 dsPIC 數字電源插件模塊 (PIMs) 納入我們的參考設計中，從而解決了這一問(wèn)題。為客戶(hù)提供預編程固件選項，讓客戶(hù)可以接觸到既Microchip 的支持工具和團隊，以進(jìn)行定制固件開(kāi)發(fā)。

4 小結

如上所述，Transphorm 的氮化鎵平臺可以幫助客戶(hù)經(jīng)常遇到的一些技術(shù)問(wèn)題。我們引以為傲的是，Transphorm 創(chuàng )造了氮化鎵行業(yè)的許多“第一”，幫助市場(chǎng)和客戶(hù)認識到氮化鎵技術(shù)優(yōu)異的穩健性、高性能和可靠性——因此，可以作為顛覆各應用市場(chǎng)的功率轉換技術(shù)。我們已經(jīng)幫助許多客戶(hù)向市場(chǎng)推出了改變舊有形態(tài)的新產(chǎn)品，如革命性的醫療設備電池系統、便攜式發(fā)電機、世界上首個(gè)集成化微型逆變器系統、高性能UPS系統等。我們也期待能幫助更多客戶(hù)實(shí)現同樣的目標。

（本文來(lái)源于EEPW 2023年10月期）