讓我們一起實(shí)現(xiàn)氮化鎵的可靠運(yùn)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，沒人能獨(dú)善其身。每年，我們都看到市場預(yù)測的前景不太令人滿意。但通過共同努力，我們就能夠大大增加這項(xiàng)高能效技術(shù)的市場滲透能力。

如果GaN取得勝利，我們將都是贏家。世界范圍內(nèi)的能效只需提高1%，我們就能關(guān)閉45個(gè)火力發(fā)電廠。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，我還沒發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)，因?yàn)槲遗畠簡栁褿aN長什么樣子，我才意識到，在家中的節(jié)日彩燈中有數(shù)百個(gè)GaN?。耗鞘荊aN LED里使用的GaN。

GaN可靠性是一個(gè)不錯(cuò)的合作主題。即使GaN晶體管現(xiàn)在通過了傳統(tǒng)硅質(zhì)量檢測應(yīng)力測試，即“qual”，其采用仍然很慢。這是因?yàn)?ldquo;qual”并不能保證低用戶退貨率，其原因在于它是基于硅材料的。雖然通過“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(yīng)用相關(guān)性方面對GaN晶體管的意義。開發(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)過了測試。

對于采用GaN的開發(fā)人員來說，他們需要有信心去相信部件在預(yù)計(jì)的使用壽命內(nèi)能夠穩(wěn)健耐用地運(yùn)行。在TI，我們始終在深入思考這意味著什么，并將其歸結(jié)為圖1中所表示的2個(gè)項(xiàng)目。首先，傳統(tǒng)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(yīng)力測試需要包括電源管理的開關(guān)條件，而這是傳統(tǒng)硅材料qual測試無法解決的。

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

當(dāng)一個(gè)行業(yè)攜起手來共同開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，這些標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)被認(rèn)為是可信的。預(yù)測的可靠性標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行方面的知識深入了解。預(yù)測性標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢在于極大加快了市場普及，而第一步就是意識到現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷。

我首先在一份白皮書中(確定 GaN 產(chǎn)品可靠性的綜合方法)對這個(gè)問題進(jìn)行說明。這份白皮書引發(fā)了業(yè)內(nèi)的討論，這也促使我們將這個(gè)對話延續(xù)下去，我們在今年3月召開的應(yīng)用電力電子會(huì)議 (APEC) 上提交了一份行業(yè)對話論文，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。我們希望本次對話能夠進(jìn)一步擴(kuò)展至工作組層面，并且在其他人也針對這個(gè)重要話題發(fā)表看法時(shí)拓展工業(yè)領(lǐng)域的協(xié)作。

TI正在通過可靠且值得信賴的GaN產(chǎn)品努力打造一個(gè)能效更高的未來，同時(shí)也將數(shù)年的硅制造專業(yè)知識和先進(jìn)器件開發(fā)技術(shù)引入到GaN中。TI一直充分利用現(xiàn)有的生產(chǎn)制造基礎(chǔ)設(shè)施和能力，使600V GaN工藝符合要求。為了確?？煽啃院头€(wěn)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)硅質(zhì)量鑒定做法。

借助于合格的器件，電源設(shè)計(jì)人員能夠?qū)崿F(xiàn)GaN的滿功率運(yùn)行，從而打破市場普及阻礙，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。