半导体

Transphorm如何练就氮化镓高压GaN技术

作者:刘静来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2016-02-25 09:43我要评论

由于在低功耗、小尺寸等特性设计上的独特优势和成熟规模化的生产能力,近年来,氮化镓技术在功率器件市场大受欢迎。在前不久举办的EEVIA第五届ICT技术趋势论坛上,富士通电子元器件高级市场经理蔡振宇(Eric)分享了“氮化镓产品主要的应用场景和未来的趋势”,第一次揭开富士通电子旗下代理产品线Transphorm公司独特GaN技术和产品方案神秘的面纱。

高压GaN技术的领头羊是如何炼成的?

最近一年多以来,一个中国工程师和媒体社群极少听到的品牌——美国Transphorm公司——以一种“稳秘模式”异军突起,已成为电子能源转换行业开发与供应GaN解决方案业务的国际公认领导厂商。据Eric介绍,基于知名投资公司的资金支持(其中包括富士通、谷歌风投、索罗斯基金管理公司以及量子战略合作伙伴资助等),Transphorm成为了一家快速成长的公司,尤其是在高压GaN解决方案方面是国际公认的领导者,Transphorm致力实现高效且紧凑的电源转换。

“事实上,Transphorm已经是GaN技术的行业‘老兵’。”Eric指出,“Transphorm创始人与核心工程团队在电源和GaN半导体方面,有超过20年的直接经验和领先地位。”据悉,自1994年以来,Transphorm的团队已经率先推出了最早的GaN晶体管的开发,几经合并后的团队带来了卓越的垂直整合经验,其中包括GaN材料和器件、制造与测试、可靠性和应用工程,以及制造和电力行业知识。“这种垂直专业技术保证了能够以最快的速度响应客户的需求,并且确保了重要的知识产权地位,同时还提供符合客户的要求专用电源解决方案。”Eric表示。

Transphorm公司的GaN专业知识和垂直整合使其能够快速开发出高性能、可靠并且强劲的产品。Transphorm是重要战略性知识产权的初创者,拥有超过400项国际专利,包括收购富士通的功率GaN设计、开发和知识产权资产。Transphorm的专利实现了成功将GaN商业化的方方面面,包括材料生长、器件结构、器件制造方法、电路的应用、架构和封装等。

结构创新,HEMT改善的不仅仅是效率

据Eric介绍,Transphorm HEMT 氮化镓产品的独特性源于其独特的产品内部结构。从半导体的结构来看,HEMT 氮化镓产品跟普通MOSFET不一样,电流是横向流,它是在硅的衬底上面长出氮化镓,它是S极垂直往上的,上面是S极流到D极,与传统的MOS管流动不一样。

目前所有的产品在技术和研发上有两个方向,一个是上电的管子是关着的,还有一种是上电以后管子是打开的。基本上前面的产品是没有办法用的,因为一上电管子就关了。“有友商在第一个管子上面人为地做成Normally off(常关)。但随着时间的推移,原来5伏可以打开,慢慢时间久了可能6伏才能打开。”Eric指出,“对这个问题,Transphorm给出了解决办法——通过增加一个低压MOS管,这个结构就是前面提到的Cascode结构,用常开的产品实现常闭产品一样的性能。”

据Eric解释,此结构的优点首先是它的阈值非常稳定地设定在2V,即给5伏就可以完全打开,一旦到0V会完全关闭。而且这个结构还带来另一个优势:氮化镓的驱动和现在的硅基是兼容的,可以无缝地连接到氮化镓的功率器件上,没有必要改成新的结构。这为工程师设计会带来一些便利,GaN横向结构没有寄生二极管更小的反向恢复损耗和器件高可靠性,

GaN是常开器件Vgs为负压时关断,实际上Transphorm在GaN上串联一个30V的Si MOS解决0V关断5V导通的问题。

HEMT结构的氮化镓产品确实有很多独特的优势,但到底好到什么程度呢?能不能对其与主要的竞争产品进行特性对比?Eric给出了一组数据——Transphorm找了一个市场上比较流行的某友商的产品进行了关键参数对比:该厂商的正向导通所需的栅极电荷是44,而Transphorm是6.2,约七分之一;友商产品的QRR一般是5300,Transphorm是54,只约为其1%%。

创新的结构设计让HEMT GaN功率器件可以在极高的dv / dt(>100 V / NS)条件下进行开关,同时具有低振铃和小反向恢复。清洁和快速过渡大大降低开关损耗,从而提高了高频应用中的效率,通过使用较小的磁性元件,可实现更高的功率密度。尤其是Transphorm公司600V的GaN功率晶体管的推出,使得之前不切实际的非常规电路能够得以实现。此外,来自这些高性能GaN-on-Si HEMT的同步低导通电阻和低反向恢复电荷,具有低共模EMI的出色特性,这种基于GaN的PFC具有最小数字的快速功率器件,并且为主电流提供最小阻抗的路径,可以实现从230Vac到400Vdc电源变换达到99%%的效率。

在演讲现场,富士通电子展示了两款基于HEMT器件的电源模块方案。“我们的PFC+LLC电源与类似的竞争方案相比,电路板尺寸可以缩减45%%,在满载和10%%的负载下,我们可以分别提高1.7%%和3%%的效率。对于很多效率要求苛刻的应用来说,这是一个非常大的提升。”Eric指出。

严格的JEDEC认证保证创新结构安全性

“尽管性能参数很不错,但作为系统的‘心脏’,电源模块的设计工程师通常还是很谨慎的,到底怎么保证你这个结构的产品可靠性呢?”在听完Eric的介绍后,现场与会工程师对HEMT氮化镓产品的性能产生了极高的关注,但也有部分人提出类似的顾虑。“这确实是个很重要的问题,但工程师可以非常放心选择HEMT功率解决方案,我们600V的氮化镓产品是第一个也是目前唯一一个通过JEDEC业界认证的氮化镓产品。”Eric介绍道。

据Eric介绍,要通过这个认证,需要通过一系列的严格测试,比如高、低温测试、高湿测试。每个测试项要经过77个产品的检测,放在三个不同的地方做这些不同的测试,而且必须是全部231颗芯片完全没有问题才能通过该认证。“可靠性是电源工程师非常重要的指标。我们做了那么多实验都完全没有问题,所以我们产品的可靠性也获得了全球客户的信赖。”Eric对现场工程师和媒体表示。

事实上,Transphorm已经实施了美国最先进的质量管理体系,并通过了ISO 9001:2008认证,所有产品均符合JEDEC标准 JESD47。作为唯一一家通过JEDEC认证的氮化镓产品,Transphorm展示了高电压GaN功率器件固有的生命周期性能,电场和温度加速测试已经证明了在600V(HVOS测试超过1,000伏,150°C)条件下超过1,000万个小时的续航时间,以及在200°C的结温条件下,超过1,000万小时的寿命。

兼顾高压与低压,技术创新进行时

Transphorm依据基本发展路线图进行开发,首先是合格的600 V器件和1000V器件。Transphorm的研究和开发还在继续,现在推出了600V的扩展系列,采用更低的R(ON)设备和高功率封装(含模块),然后是继150V器件之后的1200 V器件。据Eric透露,今年会推出900V和1200V的产品,低压方面会提供150V的产品。据悉,未来Transphorm还将推出代替Cascode的E-Mode创新结构技术,将会把当前结构中存在的不利因素解决掉,实现更卓越的功率器件性能。将提供更大功率的产品,从2014年推出第一颗TO240,电流从30、40,逐步往60、70、80的方向发展。


责任编辑:刘静
相关链接

首届全球IC企业家大会

12月11日,由工业和信息化部、上海市人民政府指导,中国半导体行业协会、中国电子信息产业发展研究院主办,北京赛迪会展有限公司、中国电子报社、上海市集成电路行业协会承办的“首届全球IC企业家大会暨第十六届中国国际...

2018世界VR产业大会

10月19日,2018世界VR产业大会在南昌盛大开幕。开幕式上,全国政协副主席卢展工宣读国家主席习近平贺信,工业和信息化部部长苗圩,江西省委书记刘奇,江西省委常委、南昌市委书记殷美根分别致辞。

第二届中国虚拟现实创新创业大赛启动...

8月20日,在中国创新创业大赛组委会办公室指导下,由虚拟现实产业联盟、国科创新创业投资有限公司共同举办的第二届中国虚拟现实创新创业大赛启动新闻发布会在北京举行。

2018年上半年家电网购分析报告发布会

8月2日,工业和信息化部赛迪研究院、中国电子报社在北京发布了《2018年上半年家电网购分析报告》(以下简称《家电网购报告》)。报告显示,2018年上半年,我国B2C家电网购市场(含移动终端)规模达2641亿元...

2018制造业“双创”高峰论坛

6月22日,2018制造业“双创”高峰论坛在北京举办。本次论坛由中国电子信息产业发展研究院、中国制造企业双创发展联盟和中国软件行业协会工业互联网分会主办,中国电子报社、北京云道智造科技有限公司和中国船舶工...

2018世界VR产业大会新闻发布会

5月21日,记者从在北京人民大会堂召开的2018世界VR产业大会新闻发布会上获悉,由工业和信息化部、江西省人民政府共同主办,中国电子信息产业发展研究院、江西省工业和信息化委员会、南昌市人民政府、虚拟现实产业...

数字经济前沿论坛-CITE2018第六届中国电...

为贯彻落实党的十九大精神,充分展示新一代信息技术产业最新发展成就,促进产业核心技术突破,加快形成数字经济新动能,引领信息技术产业供给侧改革,工业和信息化部、深圳市人民政府将于2018年4月9日-11日在深圳市共 ...

中国超高清视频(4K)产业发展大会

3月29日,中国超高清视频(4K)产业发展大会在广州市召开。大会由工业和信息化部、国家广播电视总局、广东省人民政府主办,广东省经济和信息化委员会、广东省新闻出版广电局、广东省通信管理局、广州市人民政府、中...

2019CES国际消费电子产品展报道

CES由美国电子消费品制造商协会(简称CEA)主办,CES每年一月在世界著名拉斯维加斯举办,CES是世界上最大、影响最为广泛的消费类电子技术年展,也是全球最大的消费技术产业盛会。...

2019年全国工业和信息化工作会议

今年中央经济工作会议,认真总结了一年来我国经济社会发展取得的成就和经验,深入分析了当前经济形势,全面部署了明年经济工作,提出要推动制造业高质量发展,坚定不移地建设制造强国。中央经济工作会议把推动制造业...

改革开放40年

40年的实践充分证明,党的十一届三中全会以来我们党团结带领全国各族人民开辟的中国特色社会主义道路、理论、制度、文化是完全正确的...

支持民营企业在行动

当前,国际经济复杂多变、新旧动能转换和政策措施落实差距等多种因素叠加,民营企业发展内外交困,“民营经济离场论”、“新公私合营论”等不当言论甚嚣尘上,导致部分民营企业发展缺乏定力和信心。习近平总书记“在...

中关村集成电路设计园开园暨第二届“芯动北京”中关村IC产业论坛

中关村集成电路设计园开园暨第二届“芯动北京”中关村IC产业论坛...

星河亮点副总裁王奥博:5G应用为测试厂商带来新机遇

今年可以认为是5G移动通信的元年、真正商用的元年,因为随着运营商中国移动、中国电信、中国联通扩大5G网络在更多城市的试用,5G各方面的产业成熟度也已经达到了可以...

普天技术副总裁杜涛:开拓物联网市场须在垂直行业二次学习

普天作为通信行业的一个老兵,为2018中国国际信息通信展带来了信息通信与网络安全、物联网、智慧社会等领域的众多自主创新成果。9月26日,在2018中国国际信息通...

第六届中国电子信息博览会开幕式暨数字经济前沿论坛

本次论坛主题是“智领新时代 慧享新生活”,将邀请政府行业主管部门、国内外著名专家学者、企业家发表主题演讲、对话或专题交流,深入探讨深化创新驱动战略、实施“中国制...

友情链接
关于我们 | 联系我们 | 广告服务
电子信息产业网LOGO