Transphorm最新技術(shù)白皮書(shū):常閉耗盡型(D-Mode)與增強型(E-Mode)氮化鎵晶體管的優(yōu)勢對比

氮化鎵功率半導體產(chǎn)品的全球領(lǐng)先企業(yè)Transphorm, Inc.近日發(fā)布了題為『Normally-off D-Mode 氮化鎵晶體管的根本優(yōu)勢』的最新白皮書(shū)。該技術(shù)文獻科普了共源共柵 (常閉) d-mode氮化鎵平臺固有的優(yōu)勢。重要的是，該文章還解釋了e-mode平臺為實(shí)現常閉型解決方案，從根本上 (物理層面) 削弱了諸多氮化鎵自身的性能優(yōu)勢。

要點(diǎn)

白皮書(shū)介紹了 normally-off d-mode 氮化鎵平臺的幾個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢，包括：

1.性能更高：優(yōu)越的 TCR (~25%)，更低的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)導通電阻比 (~25%)，從而降低損耗，獲得更高的效率和更優(yōu)越的品質(zhì)因數 (FOM)。

2.高功率級應用更加容易：Transphorm d-mode 具有較高的飽和電流，而 e-mode 則必須通過(guò)并聯(lián)才能提供相同的電流，但這會(huì )導致功率密度和可靠性下降。

3.穩健性且易驅動(dòng)性：采用最穩健的硅MOSFET SiO2柵極，不受 e-mode 的 p 柵極限制，可兼容硅基驅動(dòng)器和控制器。 

Transphorm業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)和營(yíng)銷(xiāo)高級副總裁Philip Zuk表示，“長(cháng)期以來(lái)，寬禁帶行業(yè)一直圍繞兩種不同架構氮化鎵晶體管爭論高下——常閉型 d-mode和e-mode氮化鎵。我們最初進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)，對這兩種技術(shù)路線(xiàn)都進(jìn)行了研究探討，最終決定采用常閉型d-mode解決方案，因為該方案不僅最可靠，且具有最高的性能和廣泛的驅動(dòng)器兼容性。而且，從系統設計角度出發(fā)，常閉型 d-mode具備更全面和長(cháng)遠的技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)，而我們尚未在e-mode方案看到這一優(yōu)勢。本白皮書(shū)用意是在明確解釋我們?yōu)槭裁催@樣設計氮化鎵器件，從而幫助客戶(hù)更了解選擇氮化鎵器件時(shí)需要關(guān)注哪些性能指標?！?/p>

十多年來(lái)，Transphorm 憑借最可靠的氮化鎵平臺成功引領(lǐng)行業(yè)，目前，Transphorm器件的現場(chǎng)運行時(shí)間已超過(guò) 2000 億小時(shí)，覆蓋了從低功率到高功率系統最廣泛的應用領(lǐng)域。Transphorm公司不僅率先獲得 JEDEC 資格認證，而且也是首家取得 AEC-Q101 (汽車(chē)級)認證的企業(yè)，并率先發(fā)布 900V氮化鎵平臺。目前正在開(kāi)發(fā)可用于 800 V 電動(dòng)汽車(chē)電池應用且已獲驗證的1200 V平臺。

Transphorm 也展示了一款四象限開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)管，在微型逆變器和雙向系統等目標設計中可顯著(zhù)減少器件使用數量（2～4個(gè)）。此外，Transphorm還實(shí)現了在氮化鎵器件上耐受5微秒的短路電路(SCCL)技術(shù)，有望可開(kāi)啟數十億美元的電機控制和電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力應用市場(chǎng)。

憑借著(zhù)全方位的產(chǎn)品平臺，Transphorm器件已經(jīng)成功應用于從數十瓦至7.5kW的設計及量產(chǎn)產(chǎn)品，應用領(lǐng)域涵蓋計算(數據中心或網(wǎng)絡(luò )的電源、高性能游戲、高算力應用、人工智能計算)、能源/工業(yè) (任務(wù)關(guān)鍵型UPS和微型逆變器) 以及消費類(lèi)適配器/快充電源(筆記本電腦、移動(dòng)設備、家用電器)。而這個(gè)成就歸功于一開(kāi)始即采用常閉型d-mode設計方案。

白皮書(shū)概要 

該技術(shù)文獻全面介紹了氮化鎵在物理特性方面自帶的優(yōu)勢特性以及常閉型d-mode 氮化鎵解決方案如何發(fā)揮最大的自身優(yōu)勢，用于創(chuàng )建具有更高可靠性、可設計性、可驅動(dòng)性、可制造性和多樣性的卓越平臺。

本白皮書(shū)還特別探討了二維電子氣通道 (2DEG) 的作用。2DEG是氮化鎵 HEMT 異質(zhì)結結構中自發(fā)形成的自然現象，由于所有氮化鎵平臺 (包括e-mode) 本質(zhì)上都是常閉型d-mode 平臺，本文詳細說(shuō)明了選擇 d-mode 或 e-mode的方式關(guān)斷器件，將如何影響2DEG 和整個(gè)平臺的性能 。

該白皮書(shū)還糾正了業(yè)內常見(jiàn)的有關(guān)常閉型 d-mode 和 e-mode 器件性能的一些誤區。