8V的150V GaN HEMT的量產(chǎn)體制

全球知名半導(dǎo)體制造商ROHM（總部位于日本京都市）已確立150V耐壓GaN HEMT*1“GNE10xxTB系列（GNE1040TB）”的量產(chǎn)體制，該系列產(chǎn)品的柵極耐壓（柵極-源極間額定電壓）*2高達(dá)8V，非常適用于基站、數(shù)據(jù)中心等工業(yè)設(shè)備和各種物聯(lián)網(wǎng)通信設(shè)備的電源電路。

一般而言，GaN器件具有優(yōu)異的低導(dǎo)通電阻和高速開關(guān)性能，因而作為有助于降低各種電源的功耗和實(shí)現(xiàn)外圍元器件小型化的器件被寄予厚望。但其柵極耐壓很低，在開關(guān)工作時(shí)的器件可靠性方面存在問題。針對(duì)這一課題，ROHM的新產(chǎn)品通過采用自有的結(jié)構(gòu)，成功地將柵極-源極間額定電壓從常規(guī)的6V提高到了8V。這樣，在開關(guān)工作過程中即使產(chǎn)生了超過6V的過沖電壓*3，器件也不會(huì)劣化，從而有助于提高電源電路的設(shè)計(jì)裕度和可靠性。此外，該系列產(chǎn)品采用支持大電流且具有出色散熱性的通用型封裝，這使得安裝工序的操作更容易。

新產(chǎn)品于2022年3月起開始量產(chǎn)，前期工序的生產(chǎn)基地為ROHM Hamamatsu Co., Ltd.（日本濱松市），后期工序的生產(chǎn)基地為ROHM Co., Ltd.（日本京都市）。

ROHM將有助于節(jié)能和小型化的GaN器件產(chǎn)品陣容命名為“EcoGaN?”，并一直致力于進(jìn)一步提高器件的性能。今后，ROHM將繼續(xù)開發(fā)融入了“Nano Pulse Control?”*4等模擬電源技術(shù)的控制IC及其模塊，通過提供能夠更大程度地發(fā)揮GaN器件性能的電源解決方案，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展社會(huì)貢獻(xiàn)力量。

名古屋大學(xué)研究生院工學(xué)研究科 山本真義教授表示：“今年，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省制定了到2030年新建數(shù)據(jù)中心節(jié)能30%的目標(biāo)，目前距實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)只有不到10年的時(shí)間。然而，這些產(chǎn)品的性能不僅涉及到節(jié)能，還關(guān)系到作為社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施的堅(jiān)固性和穩(wěn)定性。針對(duì)未來的這種社會(huì)需求，ROHM開發(fā)了新的GaN器件，不僅更加節(jié)能，而且柵極耐壓還高達(dá)8V，可以確保堅(jiān)固型和穩(wěn)定性。以該系列產(chǎn)品為開端，ROHM通過融合其引以為豪的模擬電源技術(shù)‘Nano Pulse Control?’，不斷提高各種電源的效率，在不久的將來，應(yīng)該會(huì)掀起一場巨大技術(shù)浪潮，推進(jìn)實(shí)現(xiàn)‘2040年在半導(dǎo)體和信息通信行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和’的目標(biāo)?！?/p>

＜開發(fā)背景＞

近年來，在服務(wù)器系統(tǒng)等領(lǐng)域，由于IoT設(shè)備的需求日益增長，功率轉(zhuǎn)換效率的提升和設(shè)備的小型化已經(jīng)成為重要的社會(huì)課題之一，而這就要求功率元器件的不斷優(yōu)化。ROHM一直在大力推動(dòng)業(yè)內(nèi)先進(jìn)的SiC元器件和各種具有優(yōu)勢的硅元器件的開發(fā)與量產(chǎn)，同時(shí)，一直致力于在中等耐壓范圍具有出色的高頻工作性能的GaN器件的開發(fā)，旨在為各種應(yīng)用提供更廣泛的電源解決方案。

＜什么是EcoGaN?＞

EcoGaN?是通過更大程度地優(yōu)化GaN的低導(dǎo)通電阻和高速開關(guān)性能，助力應(yīng)用產(chǎn)品進(jìn)一步節(jié)能和小型化的ROHM GaN器件，該系列產(chǎn)品有助于應(yīng)用產(chǎn)品進(jìn)一步降低功耗、實(shí)現(xiàn)外圍元器件的小型化、減少設(shè)計(jì)工時(shí)和元器件數(shù)量等。

?EcoGaN?是ROHM Co., Ltd.的商標(biāo)。

＜新產(chǎn)品特點(diǎn)＞

1.采用ROHM自有結(jié)構(gòu)，將柵極-源極間額定電壓提高至8V

普通的耐壓200V以下的GaN器件在結(jié)構(gòu)上柵極驅(qū)動(dòng)電壓為5V，而其柵極-源極間額定電壓為6V，其電壓裕度非常小，只有1V。一旦超過器件的額定電壓，就可能會(huì)發(fā)生劣化和損壞等可靠性方面的問題，這就需要對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行高精度的控制，因此，這已成為阻礙GaN器件普及的重大瓶頸問題。

針對(duì)這一課題，新產(chǎn)品通過采用ROHM自有的結(jié)構(gòu)，成功地將柵極-源極間的額定電壓從常規(guī)的6V提高到了業(yè)內(nèi)超高的8V。這使器件工作時(shí)的電壓裕度得到進(jìn)一步擴(kuò)大，在開關(guān)工作過程中即使產(chǎn)生了超過6V的過沖電壓，器件也不會(huì)劣化，從而有助于提高電源電路的可靠性。

2.采用支持大電流且具有出色散熱性的封裝

新產(chǎn)品所采用的封裝形式，支持大電流且具有出色的散熱性能，在可靠性和可安裝性方面已擁有出色的實(shí)際應(yīng)用記錄，而且通用性強(qiáng)，這使得安裝工序的操作更加容易。此外，通過采用銅片鍵合封裝技術(shù)，使寄生電感值相比以往封裝降低了55％，從而在設(shè)計(jì)可能會(huì)高頻工作的電路時(shí)，可以更大程度地發(fā)揮出器件的性能。

3.在高頻段的電源效率高達(dá)96.5%以上

新產(chǎn)品通過擴(kuò)大柵極-源極間額定電壓和采用低電感封裝，更大程度地提升了器件的性能，即使在1MHz的高頻段也能實(shí)現(xiàn)96.5%以上的高效率，有助于提高電源設(shè)備的效率和進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化。

＜應(yīng)用示例＞

?數(shù)據(jù)中心和基站等的48V輸入降壓轉(zhuǎn)換器電路

?基站功率放大器單元的升壓轉(zhuǎn)換器電路

?LiDAR驅(qū)動(dòng)電路、便攜式設(shè)備的無線充電電路

?D類音頻放大器

＜電路示例＞

＜產(chǎn)品陣容＞

＜術(shù)語解說＞

*1) GaN HEMT

GaN（氮化鎵）是一種用于新一代功率元器件的化合物半導(dǎo)體材料。與普通的半導(dǎo)體材料——硅相比，具有更優(yōu)異的物理性能，目前利用其高頻特性的應(yīng)用已經(jīng)開始增加。

HEMT是High Electron Mobility Transistor（高電子遷移率晶體管）的英文首字母縮寫。

*2) 柵極-源極間額定電壓（柵極耐壓）

可以在柵極和源極之間施加的最大電壓。工作所需的電壓稱為“驅(qū)動(dòng)電壓”，當(dāng)施加了高于特定閾值的電壓時(shí)，GaN HEMT將處于ON狀態(tài)。

*3) 過沖電壓

開關(guān)ON/OFF時(shí)產(chǎn)生超出規(guī)定電壓值的電壓。

*4) Nano Pulse Control?

一種超高速脈沖控制技術(shù)，在電源IC中實(shí)現(xiàn)納秒（ns）級(jí)的開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間（電源IC的控制脈沖寬度），使得以往必須由2枚以上電源IC完成的從高電壓到低電壓的電壓轉(zhuǎn)換工作，僅由“1枚電源IC”即可實(shí)現(xiàn)。

?Nano Pulse Control?是ROHM Co., Ltd.的商標(biāo)或注冊(cè)商標(biāo)。