ROHM開發(fā)出針對150V GaN HEMT的8V柵極耐壓技術(shù)
全球知名半導(dǎo)體制造商ROHM(總部位于日本京都市)面向以工業(yè)設(shè)備和通信設(shè)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(dá)8V的柵極耐壓(柵極-源極間額定電壓)*2技術(shù)。
近年來，在服務(wù)器系統(tǒng)等領(lǐng)域，由于IoT設(shè)備的需求日益增長，功率轉(zhuǎn)換效率的提升和設(shè)備的小型化已經(jīng)成為重要的社會課題之一，而這就要求功率元器件的進(jìn)一步發(fā)展與進(jìn)步。
ROHM一直在大力推動業(yè)內(nèi)先進(jìn)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(chǎn)，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(xiàn)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(shù)，能夠?yàn)楦鞣N應(yīng)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(dǎo)通電阻值和更優(yōu)異的高速開關(guān)性能，因而在基站和數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域作為有助于降低各種開關(guān)電源的功耗并實(shí)現(xiàn)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(guān)工作期間可能會發(fā)生超過額定值的過沖電壓，所以在產(chǎn)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(jié)構(gòu)，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(shè)計裕度和可靠性。此外，還配合本技術(shù)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(chǎn)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(xiàn)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(shù)的GaN器件開發(fā)速度，預(yù)計于2021年9月即可開始提供產(chǎn)品樣品。
<開發(fā)中的GaN器件的特點(diǎn)>
ROHM即將推出的目前正在開發(fā)中的GaN器件具有以下特點(diǎn)：
1. 采用ROHM自有結(jié)構(gòu)，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(qū)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(qū)動電壓進(jìn)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(jié)構(gòu)，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(nèi)超高的8V。這使器件工作時的電壓裕度達(dá)到普通產(chǎn)品的三倍，在開關(guān)工作過程中即使產(chǎn)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(shí)際應(yīng)用記錄，因此，將使現(xiàn)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(shù)，使寄生電感值相比以往封裝降低了55%，從而在設(shè)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(guān)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(guān)損耗可降低約65%。
<應(yīng)用示例>
?數(shù)據(jù)中心和基站等的48V輸入降壓轉(zhuǎn)換器電路
?基站功率放大器單元的升壓轉(zhuǎn)換器電路
?D類音頻放大器
?LiDAR驅(qū)動電路、便攜式設(shè)備的無線充電電路
<術(shù)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(dǎo)體材料。與普通的半導(dǎo)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(yīng)用已經(jīng)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(qū)動電壓”，當(dāng)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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