～解決了GaN器件的柵極耐壓問題,并有助于基站和數據中心等領域的電源實現更低功耗和小型化～
全球知名半導體制造商ROHM(總部位于日本京都市)面向以工業(yè)設備和通信設備為首的各種電源電路,開發(fā)出針對150V耐壓GaN HEMT*1(以下稱“GaN器件”)的、高達8V的柵極耐壓(柵極-源極間額定電壓)*2技術。
近年來,在服務器系統(tǒng)等領域,由于IoT設備的需求日益增長,功率轉換效率的提升和設備的小型化已經成為重要的社會課題之一,而這就要求功率元器件的進一步發(fā)展與進步。
ROHM一直在大力推動業(yè)內先進的SiC元器件和各種具有優(yōu)勢的硅元器件的開發(fā)與量產,以及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)。此次,ROHM就現有GaN器件長期存在的課題開發(fā)出可以提高柵極-源極間額定電壓的技術,能夠為各種應用提供更廣泛的電源解決方案。
與硅器件相比,GaN器件具有更低的導通電阻值和更優(yōu)異的高速開關性能,因而在基站和數據中心等領域作為有助于降低各種開關電源的功耗并實現小型化的器件被寄予厚望。然而,GaN器件的柵極-源極間額定電壓較低,在開關工作期間可能會發(fā)生超過額定值的過沖電壓,所以在產品可靠性方面一直存在很大的問題。
在這種背景下,ROHM利用自有的結構,成功地將柵極-源極間額定電壓從常規(guī)的6V提高到了8V,這將有助于提高采用高效率的GaN器件的電源電路的設計裕度和可靠性。此外,還配合本技術開發(fā)出一種專用封裝,采用這種封裝不僅可以通過更低的寄生電感更好地發(fā)揮出器件的性能,還使產品更易于在電路板上安裝并具有更出色散熱性,從而可以使現有硅器件的替換和安裝工序中的操作更輕松。
未來,ROHM將加快使用該技術的GaN器件開發(fā)速度,預計于2021年9月即可開始提供產品樣品。
<開發(fā)中的GaN器件的特點>
ROHM即將推出的目前正在開發(fā)中的GaN器件具有以下特點:
1. 采用ROHM自有結構,將柵極-源極間額定電壓提高至8V
普通的耐壓200V以下的GaN器件的柵極驅動電壓為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,就可能會發(fā)生劣化和損壞等可靠性方面的問題,這就需要對柵極驅動電壓進行高精度的控制,因此,這已成為阻礙GaN器件普及的重大瓶頸問題。
針對這種課題,ROHM通過采用自有的結構,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)內超高的8V。這使器件工作時的電壓裕度達到普通產品的三倍,在開關工作過程中即使產生了超過6V的過沖電壓,器件也不會劣化,從而有助于提高電源電路的可靠性。
2. 采用在電路板上易于安裝且具有出色散熱性的封裝
該GaN器件所采用的封裝形式,具有出色的散熱性能且通用性非常好,在可靠性和可安裝性方面已擁有可靠的實際應用記錄,因此,將使現有硅器件的替換工作和安裝工序中的操作更加容易。此外,通過采用銅片鍵合封裝技術,使寄生電感值相比以往封裝降低了55%,從而在設計可能會高頻工作的電路時,可以更大程度地發(fā)揮出器件的性能。
3. 與硅器件相比,開關損耗降低了65%
該GaN器件不僅提高了柵極-源極間額定電壓并采用了低電感封裝,還能夠更大程度地發(fā)揮出器件的性能,與硅器件相比,開關損耗可降低約65%。
<應用示例>
?數據中心和基站等的48V輸入降壓轉換器電路
?基站功率放大器單元的升壓轉換器電路
?D類音頻放大器
?LiDAR驅動電路、便攜式設備的無線充電電路
<術語解說>
*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體材料。與普通的半導體材料硅相比,具有更優(yōu)異的物理性能,目前利用其高頻特性的應用已經開始增加。
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“驅動電壓”,當施加了高于特定閾值的電壓時,GaN HEMT將處于被動工作狀態(tài)。
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