SuperGaN使氮化鎵產(chǎn)品更高效

1 專注GaN的垂直整合

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

Transphorm 擁有1 000 多項專利，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)模式運營的上市公司，這意味著在器件開發(fā)的每個關(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(shè)計、外延片材料、晶圓制程工藝，直至最終氮化鎵場效應(yīng)晶體管芯片。因此，我們的氮化鎵器件能夠使效率超過99%、將功率密度提高50%、以及將系統(tǒng)成本降低20%。

Philip Zuk(Transphorm業(yè)務(wù)發(fā)展和市場營銷高級副總裁)

2 SuperGaN的優(yōu)勢

Transphorm 的 SuperGaN^? 技術(shù)是一種共源共柵（cascode）結(jié)構(gòu)的常閉耗盡型（normally-off d-mode）氮化鎵平臺。該平臺特點使得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(chǔ)物理特性的極低電阻溫度系數(shù)（TCR）；

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

●   可與現(xiàn)成驅(qū)動器配對，因而易于驅(qū)動；

●   易于制造（具有與硅器件相似的良率）；

●   良好的設(shè)計多樣性（可提供即時替代的封裝；可提供高性能封裝，能用單個Transphorm 器件替代多個并聯(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 的高壓氮化鎵場效應(yīng)晶體管產(chǎn)品組合能夠滿足當(dāng)今廣泛的市場應(yīng)用、支持最寬的功率級范圍（45 W~10+ kW）。這些市場應(yīng)用包括：電源適配器/ 充電器；電腦游戲/ 算力應(yīng)用PSU；數(shù)據(jù)中心 PSU；航天航空PSU；廣泛的工業(yè)系統(tǒng)（高可靠的電源模塊、UPS 等）；可再生能源/ 太陽能光伏微型逆變器；電動出行系統(tǒng)。

3 平臺類型不同，導(dǎo)致GaN產(chǎn)品差異

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

據(jù)我們了解，一些客戶對使用氮化鎵技術(shù)心存顧慮，因為有過使用e-mode 氮化鎵解決方案出現(xiàn)現(xiàn)場失效的負面體驗。我們的理解是，這些故障要么是由于性能和可靠性問題，要么是由于e-mode 的柵極安全裕度較低，以及定制驅(qū)動器要求產(chǎn)生的復(fù)雜性，給電力系統(tǒng)的基本設(shè)計帶來了困難。

這些是Transphorm 選擇開發(fā)normally-off d-mode平臺的幾個原因。在我們的SuperGaN 平臺中，氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN HEMT）與一個低壓硅MOSFET 配對，這種配對解決了e-mode 經(jīng)常會面臨的問題。由于硅MOSFET 電壓較低，因此SuperGaN 器件可由眾所周知的常用硅驅(qū)動器驅(qū)動，簡單易使用，同時還擁有硅管的穩(wěn)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(shè)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中45 W~7 kW+ 應(yīng)用所廣泛采納的原因，也是我們能夠推出900 V 平臺、并正在開發(fā)1 200 V 平臺的原因。1 200 V 的電壓使氮化鎵成為電動出行應(yīng)用中極具吸引力的解決方案，因而對碳化硅（SiC）技術(shù)構(gòu)成挑戰(zhàn)。目前還沒有任何一家e-mode 器件制造商號稱具有相同能力。

氮化鎵剛剛進入市場的初期，我們與客戶合作進行應(yīng)用開發(fā)的過程中，還了解到一些其他的次要挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)與固件開發(fā)有關(guān)：當(dāng)時，習(xí)慣于模擬系統(tǒng)的電力系統(tǒng)市場對固件開發(fā)還有些陌生。Transphorm 通過與Microchip 公司合作，將后者的 dsPIC 數(shù)字電源插件模塊 (PIMs) 納入我們的參考設(shè)計中，從而解決了這一問題。為客戶提供預(yù)編程固件選項，讓客戶可以接觸到既Microchip 的支持工具和團隊，以進行定制固件開發(fā)。

4 小結(jié)

如上所述，Transphorm 的氮化鎵平臺可以幫助客戶經(jīng)常遇到的一些技術(shù)問題。我們引以為傲的是，Transphorm 創(chuàng)造了氮化鎵行業(yè)的許多“第一”，幫助市場和客戶認識到氮化鎵技術(shù)優(yōu)異的穩(wěn)健性、高性能和可靠性——因此，可以作為顛覆各應(yīng)用市場的功率轉(zhuǎn)換技術(shù)。我們已經(jīng)幫助許多客戶向市場推出了改變舊有形態(tài)的新產(chǎn)品，如革命性的醫(yī)療設(shè)備電池系統(tǒng)、便攜式發(fā)電機、世界上首個集成化微型逆變器系統(tǒng)、高性能UPS系統(tǒng)等。我們也期待能幫助更多客戶實現(xiàn)同樣的目標(biāo)。

（本文來源于EEPW 2023年10月期）