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

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

要點

白皮書介紹了 normally-off d-mode 氮化鎵平臺的幾個關鍵優勢，包括：

1.性能更高：優越的 TCR (~25%)，更低的動態與靜態導通電阻比 (~25%)，從而降低損耗，獲得更高的效率和更優越的品質因數 (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 則必須通過并聯才能提供相同的電流，但這會導致功率密度和可靠性下降。

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

Transphorm業務開發和營銷高級副總裁Philip Zuk表示，“長期以來，寬禁帶行業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。我們最初進入市場時，對這兩種技術路線都進行了研究探討，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器兼容性。而且，從系統設計角度出發，常閉型 d-mode具備更全面和長遠的技術發展路線，而我們尚未在e-mode方案看到這一優勢。本白皮書用意是在明確解釋我們為什么這樣設計氮化鎵器件，從而幫助客戶更了解選擇氮化鎵器件時需要關注哪些性能指標?！?/p>

十多年來，Transphorm 憑借最可靠的氮化鎵平臺成功引領行業，目前，Transphorm器件的現場運行時間已超過 2000 億小時，覆蓋了從低功率到高功率系統最廣泛的應用領域。Transphorm公司不僅率先獲得 JEDEC 資格認證，而且也是首家取得 AEC-Q101 (汽車級)認證的企業，并率先發布 900V氮化鎵平臺。目前正在開發可用于 800 V 電動汽車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關開關管，在微型逆變器和雙向系統等目標設計中可顯著減少器件使用數量（2～4個）。此外，Transphorm還實現了在氮化鎵器件上耐受5微秒的短路電路(SCCL)技術，有望可開啟數十億美元的電機控制和電動汽車動力應用市場。

憑借著全方位的產品平臺，Transphorm器件已經成功應用于從數十瓦至7.5kW的設計及量產產品，應用領域涵蓋計算(數據中心或網絡的電源、高性能游戲、高算力應用、人工智能計算)、能源/工業 (任務關鍵型UPS和微型逆變器) 以及消費類適配器/快充電源(筆記本電腦、移動設備、家用電器)。而這個成就歸功于一開始即采用常閉型d-mode設計方案。

白皮書概要 

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

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

該白皮書還糾正了業內常見的有關常閉型 d-mode 和 e-mode 器件性能的一些誤區。