第三代半導體材料氮化鎵(GaN)技術與優勢詳解

2021-01-09 OFweek維科網

　　第三代 半導體材料——氮化鎵( GaN)，作為時下新興的半導體工藝技術，提供超越矽的多種優勢。與矽器件相比，GaN在 電源轉換效率和功率密度上實現了性能的飛躍，廣泛應用於 功率因數校正(PFC)、軟開關 DC-DC等電源系統設計，以及電源適配器、光伏 逆變器或 太陽能逆變器、伺服器及通信電源等終端領域。

　　GaN的優勢

　　從表1可見，GaN具備出色的擊穿能力、更高的電子密度及速度，和更高的工作溫度。GaN提供高電子遷移率，這意味著開關過程的反向恢復時間可忽略不計，因而表現出低損耗並提供高開關頻率，而低損耗加上寬帶寬器件的高結溫特性，可降低散熱量，高開關頻率可減少濾波器和無源器件如變壓器、電容、電感等的使用，最終減小系統尺寸和重量，提升功率密度，有助於設計人員實現緊湊的高能效電源方案。同為寬帶寬器件，GaN比SiC的成本更低，更易於商業化和具備廣泛採用的潛力。　　

表1：半導體材料關鍵特性一覽

　　GaN在電源應用已證明能提供優於矽基器件的重要性能優勢。安森美半導體和功率轉換專家Transphorm就此合作，共同開發及共同推廣基於GaN的產品和電源系統方案，用於工業、計算機、通信、LED照明及網絡領域的各種高壓應用。去年，兩家公司已聯名推出600 V GaN 級聯結構(Cascode) 電晶體NTP8G202N和NTP8G206N，兩款器件的導通電阻分別為290 m?和150 m?，門極電荷均為6.2 nC，輸出電容分別為36 pF和56 pF，反向恢復電荷分別為0.029 μC和0.054 μC，採用優化的TO-220 封裝，易於根據客戶現有的制板能力而集成。

　　基於同一導通電阻等級，第一代600 V矽基GaN(GaN-on-Si)器件已比高壓矽MOSFET提供好4倍以上的門極電荷、更好的輸出電荷、差不多的輸出電容和好20倍以上的反向恢復電荷，並將有待繼續改進，未來GaN的優勢將會越來越明顯。　

　表2：第一代600 V GaN-on-Si HEMT 與高壓MOSFET比較

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