基于GaN的高功率密度快充正快速成長

1   看好哪類GaN功率器件的市場？

2020—2021 年硅基氮化鎵（GaN）開關器件的商用化進程和5 年前（編者注：指2016 年）市場的普遍看法已經(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。這說明影響新材料市場發(fā)展的，技術只是眾多因素當中的1 個。我個人看好的未來5 年（編者注：指2022—2027 年）的氮化鎵應用，包括：快充、服務器/ 通信電源、電機驅動、工業(yè)電源、音響、無線充電、激光雷達等，其中快充會繼續(xù)引領氮化鎵開關器件的市場成長。

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(shù)，帶來應用上的好處包括極低的開關損耗，允許超高的開關頻率，更高的功率密度，等等。

2   如何讓GaN應用盡快落地？

作為功率開關器件的硅基氮化鎵在商用化的進程中，除了性能和價格，最引起關注的話題是長期可靠性。目前，氮化鎵開關器件絕大多數(shù)都是在硅襯底上生長氮化鎵，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 款硅基氮化鎵開關器件到現(xiàn)在，整個業(yè)界對硅基氮化鎵的研究可以說已經(jīng)很深入了，但真正大規(guī)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上運行的時間要長得多，現(xiàn)存器件數(shù)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。這也是消費類的快充成為氮化鎵快速成長引擎的1 個原因。另外，因為硅基氮化鎵超小的寄生參數(shù)，使其為用戶帶來極低開關損耗的優(yōu)勢之外，也大大提高了驅動此類器件的難度。

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

3   英飛凌的發(fā)展規(guī)劃

硅基氮化鎵經(jīng)過數(shù)年的規(guī)?；逃?，已經(jīng)證明其突出的性能提升，以及誘人的市場前景。未來幾年，該市場將會保持兩位數(shù)的年復合增長率。與之相呼應，英飛凌為高功率工業(yè)類應用及低功率消費類應用都已經(jīng)量產(chǎn)或規(guī)劃了分立產(chǎn)品及集成驅動器的產(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。這些器件將更加易用，并提供更高的性價比，主要針對高功率和低功率SMPS（switching mode power supply，開關電源）應用、可再生能源、電機驅動應用等。

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年1月期）