單片式整合氮化鎵芯片即將推出，imec為提升功率電路性能拼了

3月22日消息，比利時(shí)微電子研究中心(imec)氮化鎵電力電子研究計(jì)劃主持人Stefann Decoutere探討在200V GaN-on-SOI智能功率芯片(IC)平臺(tái)上，整合高性能肖特基二極管與空乏型高電子遷移率晶體管(HEMT)的成功案例。該平臺(tái)以P型氮化鎵(GaN)HEMT制成，此次研發(fā)成功整合多個(gè)GaN元件，將能協(xié)助新一代芯片擴(kuò)充功能與升級(jí)性能，推進(jìn)GaN功率IC的全新發(fā)展。同時(shí)提供DC/DC轉(zhuǎn)換器與負(fù)載點(diǎn)(POL)轉(zhuǎn)換器所需的開(kāi)發(fā)動(dòng)能，進(jìn)一步縮小元件尺寸與提高運(yùn)作效率。

雖然功率轉(zhuǎn)換普遍存在于電能從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式的過(guò)程中，但它本質(zhì)上是一個(gè)有損耗的過(guò)程，會(huì)伴隨能量浪費(fèi)——無(wú)論是手機(jī)充電器、筆記本電腦充電器、電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)或充電器、電池組中的能量存儲(chǔ)和回收、可再生能源、運(yùn)動(dòng)控制還是機(jī)器人技術(shù)。與硅和碳化硅等傳統(tǒng)材料相比，氮化鎵功率半導(dǎo)體憑借其極為卓越的電能節(jié)約

今天，大多數(shù) GaN 電源系統(tǒng)由多個(gè)芯片組成?；?GaN 的器件在組裝到印刷電路板上之前作為分立元件組裝。這種方法的缺點(diǎn)是存在影響器件性能的寄生電感?！耙则?qū)動(dòng)器為例，在單獨(dú)的芯片上帶有驅(qū)動(dòng)器的分立晶體管受到驅(qū)動(dòng)器輸出級(jí)和晶體管輸入之間以及半橋開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)之間的寄生電感的影響。GaN HEMT 具有非常高的開(kāi)關(guān)速度，當(dāng)寄生電感未被抑制時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致振鈴(ringing)，即信號(hào)的不希望的振蕩。減少寄生效應(yīng)和利用 GaN 卓越開(kāi)關(guān)速度的最佳方法是將驅(qū)動(dòng)器和 HEMT 集成在同一芯片上，”來(lái)自IMEC的Stefaan Decoutere 解釋道?！巴瑫r(shí)，它減少了半橋中兩個(gè)晶體管之間的死區(qū)時(shí)間控制，其中一個(gè)晶體管必須在另一個(gè)晶體管打開(kāi)時(shí)關(guān)閉。在這期間，電源和地之間存在短路，或死區(qū)時(shí)間。在芯片上集成所有組件將解決振鈴問(wèn)題，減少死區(qū)時(shí)間，并最終提高轉(zhuǎn)換器的電源效率。”和系統(tǒng)尺寸/重量減輕能力，正迅速塑造價(jià)值數(shù)十億美元的功率半導(dǎo)體行業(yè)的現(xiàn)在和未來(lái)。

過(guò)去幾十年來(lái)，金屬氧半場(chǎng)效晶體管(MOSFET)與其他場(chǎng)效電晶體等矽基功率晶體管一直是電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的發(fā)展支柱，能將交流電(AC)轉(zhuǎn)換為直流電(DC)，或是將直流電從低壓轉(zhuǎn)為高壓，反之亦然。在探索具備更優(yōu)異開(kāi)關(guān)性能的替代方案時(shí)，氮化鎵(GaN)在所有先進(jìn)的候選材料中快速崛起。

氮化鎵或氮化鋁鎵(AlGaN)的復(fù)合材料能提供更高的電子遷移率與臨界電場(chǎng)，結(jié)合HEMT的晶體管結(jié)構(gòu)，就能打造新一代的元件與芯片，提升擊穿強(qiáng)度與開(kāi)關(guān)速度，降低電導(dǎo)損耗(conductance loss)，縮小尺寸，勝過(guò)其他的半導(dǎo)體材料。

公開(kāi)資料顯示，比利時(shí)微電子研究中心(Interuniversity Microelectronics Centre, IMEC)是一個(gè)科技研發(fā)中心，創(chuàng)辦于1984年，位于比利時(shí)王國(guó)弗拉芒區(qū)魯汶。 [1] 擁有來(lái)自全球近80個(gè)國(guó)家的4000名研究人員，是世界領(lǐng)先的納米電子和數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)和創(chuàng)新中心。作為全球知名的獨(dú)立公共研發(fā)平臺(tái)，IMEC是半導(dǎo)體業(yè)界的指標(biāo)性研發(fā)機(jī)構(gòu)，擁有全球先進(jìn)的芯片研發(fā)技術(shù)和工藝，與美國(guó)的Intel和IBM并稱(chēng)為全球微電子領(lǐng)域“3I”，與包括英特爾、三星、TSMC、高通、ARM等全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈巨頭有著廣泛合作。1984年，比利時(shí)微電子研究中心創(chuàng)辦，創(chuàng)始時(shí)只有70人。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，該中心成長(zhǎng)為擁有來(lái)自近80個(gè)國(guó)家4000名研究人員、在納米電子和數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域世界領(lǐng)先的研發(fā)和創(chuàng)新中心。該中心同中國(guó)企業(yè)的合作呈日益增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，同中國(guó)的大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展聯(lián)合研討和人才培訓(xùn)。中外合作的海外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地在比利時(shí)落戶。

在國(guó)際形勢(shì)劇烈變化的背景下，致力于芯片業(yè)前沿技術(shù)研究的比利時(shí)微電子研究中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)IMEC)，正受到越來(lái)越多的關(guān)注。英特爾CEO在近期接受采訪時(shí)曾表示，歐洲有兩顆寶石，一個(gè)是ASML，擁有最先進(jìn)的光刻技術(shù)，另一個(gè)是IMEC，有世界上最先進(jìn)的半導(dǎo)體研究。歐盟委員會(huì)正在與IMEC商討建設(shè)本土芯片產(chǎn)能，曾有韓國(guó)的部長(zhǎng)級(jí)代表團(tuán)最近訪問(wèn)該所，美國(guó)對(duì)其的關(guān)注也有增無(wú)減。在美國(guó)頻發(fā)“實(shí)體清單”的背景下，IMEC也聲稱(chēng)遵守法令行事。