長期以來，寬禁帶行業(yè)一直圍繞兩種不同架構氮化鎵晶體管爭論高下——常閉耗盡型 （D-mode）和增強型（E-mode）氮化鎵。在設計電路時，人們傾向于使用增強型（E-mode）晶體管，但其實無論從性能、可靠性、多樣性、可制造性以及實際用途方面，常閉型（D-mode）都更優(yōu)于前者。

D-modeGaN的優(yōu)勢

此前，GaN功率半導體產品的全球領先企業(yè)Transphorm發(fā)布了《Normally-off D-mode 氮化鎵晶體管的根本優(yōu)勢》的最新白皮書。其中，介紹了normally-off D-mode GaN平臺的幾個關鍵優(yōu)勢，包括：

性能更高：優(yōu)越的 TCR (~25%)，更低的動態(tài)與靜態(tài)導通電阻比 (~25%)，從而降低損耗，獲得更高的效率和更優(yōu)越的品質因數(shù) (FOM)。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(lián)才能提供相同的電流，但這會導致功率密度和可靠性下降。穩(wěn)健性且易驅動性：采用最穩(wěn)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(yè)務拓展及市場營銷高級副總裁Philip Zuk

Transphorm在初入市場時，不斷研究、探討了兩種不同的技術路線，最終決定采用常閉型D-mode。十多年來，Transphorm 憑借最可靠的GaN平臺成功引領行業(yè)，設計和制造用于新世代電力系統(tǒng)的高性能、高可靠性650 V、900 V 和1200 V（ 尚處于開發(fā)階段）氮化鎵器件。目前，Transphorm器件的現(xiàn)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(tǒng)最廣泛的應用領域。

Transphorm業(yè)務拓展及市場營銷高級副總裁Philip Zuk接受了中電網的采訪，深入探討了Transphorm氮化鎵（GaN）產品的獨特特點、技術優(yōu)勢及其在高性能領域的應用前景。他稱：“Transphorm的常閉耗盡型D-mode技術憑借一個GaN核心平臺就能夠涵蓋整個功率范圍，沒有任何限制，而其他技術則兼需增強型GaN和SiC MOSFET才能達到同樣的效果。”

SuperGaN的優(yōu)勢

Transphorm的SuperGaN技術是其產品線中的一大亮點。SuperGaN技術是一種共源共柵（cascode）結構的常閉耗盡型（normally-off D-mode）氮化鎵平臺。該平臺特點使得SuperGaN 具備了增強型（E-mode）氮化鎵所不能比擬的優(yōu)勢，包括：

※ Transphorm積累了深厚的GaN專業(yè)知識和垂直整合使其能夠快速開發(fā)出高性能、可靠并且強勁的產品。

※ SuperGaN可以保持GaN器件2DEG（即二維電子氣，2DEG溝道的電子遷移率最高，可令開關性能達到當前任何其他化合物半導體技術都無法企及的水平。）的自然狀態(tài)，充分利用2DEG的固有優(yōu)勢，將器件導通電阻降到最低。

※ 業(yè)界最豐富的封裝類型：從傳統(tǒng)的標準TO封裝，直至降低封裝電感、提高工作頻率和印刷電路板制造效率的頂部和底部冷卻式表貼封裝。

※ 業(yè)界領先的可靠性：器件運行時間已超過3000億小時，F(xiàn)IT故障率（每10億小時發(fā)生的故障次數(shù)）只有不到0.05。

此外，SuperGaN還可以提供最高的靈活性：

※ 直接替代E-mode增強型GaN分立器件解決方案以及Si和SiC MOSFET；

※ 提供不同的柵極驅動閾值電壓，能夠匹配使用E-mode增強型分立器件、高壓超結和SiC MOSFET的電路設計；

※ 作為一個垂直整合的企業(yè)，能夠實現(xiàn)系統(tǒng)級封裝（SIP）合作。

Philip Zuk稱，任何其他供應商都無法提供上述優(yōu)勢，這也是Transphorm的SuperGaN技術能夠取得成功的關鍵所在。

助力快充市場

如上所述， SuperGaN技術的優(yōu)勢使Transphorm 的高壓氮化鎵場效應晶體管產品組合能夠滿足當今廣泛的市場應用。例如，在快充領域，尤其是智能手機和筆記本電腦的充電器中，GaN器件在提高效率的同時減小體積，使快充設備更快捷高效。Philip Zuk認為，快充行業(yè)需要1200V GaN器件，Transphorm是一個垂直整合的企業(yè)，自主擁有外延片生產工藝，我們的1200V平臺采用的是藍寶石基GaN， 650V SuperGaN平臺采用的是硅基GaN。Transphorm將于今年下半年啟動首款1200V器件的試樣，幫助提升設計能力和成果，助力快充及800V電動汽車制造。

汽車領域的新選擇

在應用更為廣泛的新能源汽車領域，同為寬禁帶半導體的SiC被廣泛采用，未來GaN在該領域的應用會否更優(yōu)于SiC呢？Philip Zuk認為，與SiC相比，GaN具有更高的性能，并且GaN器件的制造與硅基制程平臺兼容，襯底材料更便宜，因此制造成本也更低。Transphorm的GaN技術650V以及即將在下半年推出的1200V平臺可以不斷改進性能和降低系統(tǒng)成本，而SiC卻做不到。目前，Transphorm的GaN技術已應用于電動汽車的DC-DC以及車載充電器，并將在2030年進一步應用于車載逆變器驅動和三相快充站。

與競爭技術相比毫不遜色

Transphorm的SuperGaN技術可以與眾多其他技術開展競爭，包括硅超結、IGBT和碳化硅MOSFET等。

在可驅動性、可設計性和穩(wěn)健性方面最接近SuperGaN的技術，是已上市近25年的硅超結MOSFET。SuperGaN不斷仿效這些市場應用成熟技術的特性，方便客戶盡快適應并接受新的技術。

同時，SuperGaN還為設計者提供獨一無二的“GaN優(yōu)勢”，即2DEG， 2DEG溝道的電子遷移率最高，可令開關性能達到當前任何其他化合物半導體技術都無法企及的水平。

高性能SuperGaN技術在良率和可靠性方面可與硅基技術媲美，并可將電源設計提升至一個全新的高度，基于其他技術望塵莫及的固有材料屬性，實現(xiàn)性能和功率密度更高而成本更低的系統(tǒng)。

小結

全球功率半導體市場正在快速擴展，尤其是在能源效率和高性能需求驅動下，氮化鎵技術的市場份額不斷增加。隨著全球各國推進碳中和目標，氮化鎵技術在可再生能源、電動汽車、高效電源管理等領域的應用前景廣闊。

憑借著全方位的產品平臺，Transphorm的氮化鎵器件已經成功應用于從數(shù)十瓦至7.5kW的設計及量產產品，應用領域涵蓋計算、能源/工業(yè)以及消費類適配器/快充電源。同時，Transphorm還創(chuàng)造了氮化鎵行業(yè)的眾多“第一”，為整個氮化鎵功率半導體行業(yè)樹立新的標桿，幫助越來越多的客戶認識氮化鎵技術的優(yōu)勢，期待著Transphorm能為新一代電力系統(tǒng)帶來更多的貢獻。

附：《Normally-off D-mode 氮化鎵晶體管的根本優(yōu)勢》白皮書

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