近期在羅姆媒體會(huì)上，羅姆半導(dǎo)體(北京)有限公司技術(shù)中心總經(jīng)理水原德健先生深入解析了該公司在氮化鎵技術(shù)上的突破和公司在該領(lǐng)域的前瞻性產(chǎn)品。著眼于氮化鎵的卓越性能、以及現(xiàn)階段氮化鎵使用上的問題,結(jié)合羅姆的技術(shù)優(yōu)勢，該公司推出了系列EcoGaN™新產(chǎn)品，旨在助力行業(yè)實(shí)現(xiàn)更小型、更輕便、更高效的電源解決方案。

水原德健先生詳細(xì)比較了硅、碳化硅和氮化鎵三種主要半導(dǎo)體材料的特性，從結(jié)構(gòu)上，硅和碳化硅功率器件通常是MOSFET，而氮化鎵功率器件則是HEMT。硅一直占據(jù)市場的主導(dǎo)地位，而碳化硅和氮化鎵則隨著科技的發(fā)展嶄露頭角。在數(shù)字化和電氣化的時(shí)代，功率半導(dǎo)體技術(shù)對電源和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。相比硅，第三代半導(dǎo)體材料具有禁帶寬度更寬、高耐壓、熱導(dǎo)率、電子飽和速度更高的特點(diǎn)，能夠滿足現(xiàn)代電子技術(shù)對半導(dǎo)體材料提出的高溫、高功率、高壓、高頻要求。而同為第三代半導(dǎo)體，相比碳化硅，氮化鎵在高耐壓和大工作電流方面具有的更大優(yōu)勢，有望在100~600V中等耐壓范圍內(nèi)，憑借其出色的擊穿場強(qiáng)和電子飽和速度，實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻和高速開關(guān)（高頻率工作）性能。

硅、碳化硅和氮化鎵的特性隨之清晰，應(yīng)用市場也有了區(qū)分，硅可應(yīng)用在普通的市場，碳化硅可以應(yīng)用到更高壓的市場，而氮化鎵則更多應(yīng)用到更高頻的市場。

從下圖可見，碳化硅以大功率、高頻率特點(diǎn)應(yīng)用在EV市場，包括逆變器、DC-DC、OBC、服務(wù)器電源（一次側(cè)）、太陽能、風(fēng)能等方面。而氮化鎵雖然功率不是特別大，但對應(yīng)頻率會(huì)更高，可以用200kHz以上的高頻，適用于數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源、基站電源、小型AC適配器、車載OBC、48V DC-DC等。

EcoGaN™系列攻克氮化鎵應(yīng)用上的難題

氮化鎵技術(shù)的擁有者也從很少的幾家逐漸擴(kuò)大，羅姆半導(dǎo)體是其中之一，該公司不僅看到了氮化鎵的優(yōu)勢，同時(shí)在市場開始升溫的時(shí)候也看到了其問題所在。比如，在柵極到源極間額定電壓低，封裝起來比較困難。如下圖，GaN HEMT是5V電壓，而普通GaN產(chǎn)品是6V， 中間的裕量僅有1V，這便對產(chǎn)品的可靠性帶來一定的影響，解決這一問題通常會(huì)外加更多的電路，如此不但提高了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度同時(shí)帶來價(jià)格上的增加。而羅姆從客戶的角度，成功地將柵極-源極額定電壓從普通GaN產(chǎn)品的6V提高到8V，提升了GaN器件電源電路的設(shè)計(jì)裕度和可靠性。用自己獨(dú)特的技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速開關(guān)，可以更大程度地優(yōu)化電源電路的效率。

其代表性產(chǎn)品EcoGaN™系列GNE10xxTB ，150V，40毫歐和8.5毫歐的產(chǎn)品已于2022年3月量產(chǎn)，其650V，GNP10xxTC產(chǎn)品，也在2023年4月量產(chǎn)，該系列擁有70毫歐，150毫歐兩款產(chǎn)品。

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此外，羅姆憑借其強(qiáng)大的功率半導(dǎo)體技術(shù)和模擬電源技術(shù)為基礎(chǔ)，借助Nano Pulse ControlTM（超高速脈沖控制技術(shù)）等先進(jìn)技術(shù)，還推出Por:破高膙轔?f然揩襮嫛蟿F鳩5pep=k?確矅?鷜%?疆淴恤4G?緬暑皚`x鵏 ]]穸?頺t諏?鷓?$% 燾???烊所?炎m豩=2(?r蜨R庀汬}T廞 ??ヱq鵒黮}劷:q{|?e ?%坖D覑眤丬鯇M(纈s6/搇t巗紹g.晾飽S閽?dt邊潫Lg妔譫er Stage IC，旨在解決氮化鎵技術(shù)在高頻率開關(guān)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)，推動(dòng)氮化鎵器件性能的進(jìn)一步提升。這一Por:破高膙轔?f然揩襮嫛蟿F鳩5pep=k?確矅?鷜%?疆淴恤4G?緬暑皚`x鵏 ]]穸?頺t諏?鷓?$% 燾???烊所?炎m豩=2(?r蜨R庀汬}T廞 ??ヱq鵒黮}劷:q{|?e ?%坖D覑眤丬鯇M(纈s6/搇t巗紹g.晾飽S閽?dt邊潫Lg妔譫er Stage IC的亮點(diǎn)在于將柵極驅(qū)動(dòng)與GaN HEMT一體化封裝，為客戶提供了更便捷的氮化鎵應(yīng)用方案。以往的電路通常采用硅的MOSFET，其驅(qū)動(dòng)電壓為12V，而氮化鎵的驅(qū)動(dòng)電壓僅為5V。為了解決這一問題，羅姆推出了Por:破高膙轔?f然揩襮嫛蟿F鳩5pep=k?確矅?鷜%?疆淴恤4G?緬暑皚`x鵏 ]]穸?頺t諏?鷓?$% 燾???烊所?炎m豩=2(?r蜨R庀汬}T廞 ??ヱq鵒黮}劷:q{|?e ?%坖D覑眤丬鯇M(纈s6/搇t巗紹g.晾飽S閽?dt邊潫Lg妔譫er Stage IC，其柵極驅(qū)動(dòng)器能夠從12V轉(zhuǎn)到5V，集成在一個(gè)緊湊的封裝中，使得客戶能夠直接使用現(xiàn)有電路，極大地簡化了評估和設(shè)計(jì)過程。650V EcoGaNTM(GaN HEMT) Por:破高膙轔?f然揩襮嫛蟿F鳩5pep=k?確矅?鷜%?疆淴恤4G?緬暑皚`x鵏 ]]穸?頺t諏?鷓?$% 燾???烊所?炎m豩=2(?r蜨R庀汬}T廞 ??ヱq鵒黮}劷:q{|?e ?%坖D覑眤丬鯇M(纈s6/搇t巗紹g.晾飽S閽?dt邊潫Lg妔譫er Stage IC具有三大特點(diǎn)：作為Por:破高膙轔?f然揩襮嫛蟿F鳩5pep=k?確矅?鷜%?疆淴恤4G?緬暑皚`x鵏 ]]穸?頺t諏?鷓?$% 燾???烊所?炎m豩=2(?r蜨R庀汬}T廞 ??ヱq鵒黮}劷:q{|?e ?%坖D覑眤丬鯇M(纈s6/搇t巗紹g.晾飽S閽?dt邊潫Lg妔譫er Stage電路的IC，輕松安裝GaN器件；可替換現(xiàn)有功率半導(dǎo)體電路；降低損耗，助力產(chǎn)品小型化。與普通產(chǎn)品相比，其損耗降低了約55%。同時(shí)，采用Por:破高膙轔?f然揩襮嫛蟿F鳩5pep=k?確矅?鷜%?疆淴恤4G?緬暑皚`x鵏 ]]穸?頺t諏?鷓?$% 燾???烊所?炎m豩=2(?r蜨R庀汬}T廞 ??ヱq鵒黮}劷:q{|?e ?%坖D覑眤丬鯇M(纈s6/搇t巗紹g.晾飽S閽?dt邊潫Lg妔譫er Stage設(shè)計(jì)，無需大型散熱板，有效減小體積，提高效率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的小型化。

持續(xù)研發(fā)新產(chǎn)品

今后，隨著GaN器件的性能的進(jìn)一步提高和陣容擴(kuò)充，羅姆將持續(xù)推進(jìn)用于驅(qū)動(dòng)GaN HEMT的、內(nèi)置控制器的器件和模塊的開發(fā)，進(jìn)一步加強(qiáng)電源解決方案。其中包括，具有低導(dǎo)通電阻和高速開關(guān)性能的產(chǎn)品——150V耐壓產(chǎn)品（第二/三代）；內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器和控制器的GaN模塊；650V耐壓的新封裝（TOLL封裝）產(chǎn)品等。

關(guān)于前述Por:破高膙轔?f然揩襮嫛蟿F鳩5pep=k?確矅?鷜%?疆淴恤4G?緬暑皚`x鵏 ]]穸?頺t諏?鷓?$% 燾???烊所?炎m豩=2(?r蜨R庀汬}T廞 ??ヱq鵒黮}劷:q{|?e ?%坖D覑眤丬鯇M(纈s6/搇t巗紹g.晾飽S閽?dt邊潫Lg妔譫er Stage IC產(chǎn)品，羅姆計(jì)劃2024年量產(chǎn)搭載偽諧振AC-DC電路或功率因數(shù)改善電路、以及搭載半橋電路等產(chǎn)品。并且，截至2026年，計(jì)劃陸續(xù)量產(chǎn)將GaN HEMT、柵極驅(qū)動(dòng)IC、控制IC集成在同一封裝的產(chǎn)品。羅姆將繼續(xù)為用戶提供各種形式的EcoGaN™解決方案，方便用戶更加便捷地搭載GaN器件。

羅姆在氮化鎵技術(shù)方面的創(chuàng)新，不僅提升了電源和功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的性能，也為未來的高效、小型和可靠電源系統(tǒng)的發(fā)展打開了新的方向。公司致力于在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品全面性和客戶解決方案上不斷超越，使其成為行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)軍者，為科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。