編者按：近幾年來，以氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）材料為代表的第三代半導(dǎo)體器件研發(fā)進(jìn)程不斷加快，最近兩年包括英飛凌、德州儀器、日本松下、安森美意法半導(dǎo)體等功率器件供應(yīng)商，紛紛開始量產(chǎn)和供應(yīng)氮化鎵半導(dǎo)體功率器件，從而即將拉開此類器件大規(guī)模普及應(yīng)用的序幕。
作為業(yè)界最先被看好的第三代半導(dǎo)體材料，第一個(gè)氮化鎵器件直到2010年才實(shí)現(xiàn)商用，然而其特性帶給業(yè)界巨大的想像空間，氮化鎵功率器件市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在2021年達(dá)到3億美元，2016年到2021年的復(fù)合年增率為86%。
因此，氮化鎵器件市場(chǎng)吸引了諸多參與者，這里面既包括EPC、GaN System、Transphorm、Navitas等初創(chuàng)新秀，這些初創(chuàng)企業(yè)大多選擇代工廠制造模式，主要使用臺(tái)積電（TSMC）、Episil或X-FAB作為首選伙伴。與此同時(shí)，有著截然不同特征的公司與功率器件行業(yè)巨頭如英飛凌、安森美、意法半導(dǎo)體、松下和德州儀器也都加快了研發(fā)步伐，紛紛拿出看家本領(lǐng)在氮化鎵功率器件競(jìng)技場(chǎng)展開競(jìng)爭(zhēng)。
氮化鎵功率器件領(lǐng)域最近引人關(guān)注的消息是，英飛凌公司宣布了其600V的CoolGaN增強(qiáng)型HEMT正式開始量產(chǎn)，同時(shí)配備了為其專門優(yōu)化的氮化鎵開關(guān)管專用驅(qū)動(dòng)集成電路EiceDRIVER。
這款氮化鎵功率器件的推出，使得英飛凌成為目前市場(chǎng)上唯一一家提供涵蓋硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等材料的全系列功率產(chǎn)品的公司。
英飛凌大中華區(qū)副總裁潘大偉興奮地對(duì)記者表示，CoolGaN作為英飛凌氮化鎵系列產(chǎn)品的品牌，未來將會(huì)助推英飛凌成為氮化鎵功率器件行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。
英飛凌最新發(fā)布的CoolGaN 600 V增強(qiáng)型HEMT采用可靠的常閉概念，它經(jīng)專門優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)快速開通和關(guān)斷。它們可在開關(guān)模式電源（SMPS）中實(shí)現(xiàn)高能效和高功率密度，其優(yōu)值系數(shù)（FOM）在當(dāng)前市場(chǎng)上的所有600 V器件中首屈一指。
來自英飛凌科技奧地利股份有限公司資深市場(chǎng)營(yíng)銷經(jīng)理鄧巍博士，專程從國(guó)外飛來協(xié)助此次CoolGaN 600 V增強(qiáng)型HEMT在中國(guó)地區(qū)的發(fā)布，他用詳實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)介紹了這款最新氮化鎵產(chǎn)品，。
據(jù)鄧巍介紹，CoolGaN 600 V增強(qiáng)型HEMT在功率因數(shù)校正（PFC）變流器里具有超高的能效（2.5 kW PFC能效 > 99.3％），相同能效下的功率密度可達(dá)到160 W / in3（3.6 kW LLC能效 > 98％），在諧振拓?fù)渲?，CoolGaN線性輸出電容可將死區(qū)時(shí)間縮短至八分之一到十分之一。
CoolGaN采用專利的常閉式概念柵極解決方案，使得器件可以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)使用壽命。CoolGaN開關(guān)的柵極電荷極低，且具有極少輸出電容，可在反向?qū)顟B(tài)下提供優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能，進(jìn)而大幅提高工作頻率，從而通過縮小被動(dòng)元器件的總體尺寸，提高功率密度。
CoolGaN技術(shù)整合了英飛凌公司和其收購(gòu)的IR公司的氮化鎵專利，同時(shí)聯(lián)合日本松下公司以及知名高校的創(chuàng)新成果，CoolGaN的專利技術(shù)只有英飛凌和松下有權(quán)使用。
潘大偉介紹，CoolGaN擁有行業(yè)領(lǐng)先的可靠性，在質(zhì)量控制過程中不僅對(duì)器件本身進(jìn)行全面測(cè)試，而且對(duì)其在應(yīng)用環(huán)境中的性能進(jìn)行全面測(cè)試，這確保了CoolGaN開關(guān)滿足甚至優(yōu)于最高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
為了更好地發(fā)揮CoolGaN 600 V增強(qiáng)型HEMT器件的優(yōu)異性能，英飛凌同時(shí)發(fā)布了與其配套使用的專用驅(qū)動(dòng)電路EiceDRIVER，以確保CoolGaN開關(guān)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)健且高效的運(yùn)行，同時(shí)最大限度地減少工程師研發(fā)工作量，加快將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。
據(jù)鄧巍介紹，不同于傳統(tǒng)功率MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)集成電路，這個(gè)針對(duì)英飛凌CoolGaN量身定制的柵極驅(qū)動(dòng)集成電路可提供負(fù)輸出電壓，以快速關(guān)斷氮化鎵開關(guān)。在開關(guān)應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)的整個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)，GaN EiceDRIVER IC可以使柵極電壓穩(wěn)定保持為零。這可保護(hù)氮化鎵開關(guān)不受噪音導(dǎo)致誤接通的影響，哪怕是首脈沖，這對(duì)于SMPS實(shí)現(xiàn)強(qiáng)健運(yùn)行至關(guān)重要。
氮化鎵柵極驅(qū)動(dòng)集成電路可實(shí)現(xiàn)恒定的GaN HEMT開關(guān)轉(zhuǎn)換速率，幾乎不受工作循環(huán)或開關(guān)速度影響，確保運(yùn)行穩(wěn)健性和很高能效，大大縮短研發(fā)周期。它集成了電隔離，可在硬開關(guān)和軟開關(guān)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)強(qiáng)健運(yùn)行。它還可在SMPS一次側(cè)和二次側(cè)之間提供保護(hù)，并可根據(jù)需要在功率級(jí)與邏輯級(jí)之間提供保護(hù)。
寶威亞太電子（深圳）有限公司是第一批采用英飛凌CoolGaN 600 V增強(qiáng)型HEMT和驅(qū)動(dòng)集成電路的企業(yè)之一，該公司成功設(shè)計(jì)了一款應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的基于氮化鎵功率器件的6KW的AC/DC電源，其中使用了英飛凌8*8mm的IGLD60R070D1器件，這款貼片封裝的器件可以在效率、散熱和空間優(yōu)化方面提供了平衡的解決方案。
寶威亞太電子（深圳）有限公司研發(fā)部電子設(shè)計(jì)助理經(jīng)理陳偉表示，采用氮化鎵功率器件完成電源設(shè)計(jì)需要新的設(shè)計(jì)方法和理念，特別是器件驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)有很大變化，更需要得到器件供應(yīng)商的技術(shù)支持。雖然傳統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)方案更安全，但是同時(shí)滿足客戶高功率密度、高效率和小型化等需求時(shí)，氮化鎵功率器件是目前惟一的選擇。
展望氮化鎵器件的應(yīng)用前景，潘大傳認(rèn)為，在不同的目標(biāo)應(yīng)用中，電源領(lǐng)域是目前最大的應(yīng)用市場(chǎng)。高壓和低壓氮化鎵功率器件為交流-直流（AC/DC）、隔離型直流（isolated DC/DC）、負(fù)載點(diǎn)（point of load）功能帶來附加值。電源領(lǐng)域?qū)⒊蔀榈壍闹髁鲬?yīng)用，氮化鎵也將在電源領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，如企業(yè)級(jí)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、通信整流器、適配器、充電器、SMPS和無線充電設(shè)施等。