GaN晶体管启程商用之路.PDF

NEW TECHNOLOGY 新技术聚焦 GaN晶体管启程商用之路 新型eGaN FET技术可以在一个芯片上实现整个电源系统，从而帮助系统设计师设计出更高效率、更 小尺寸和更低成本的产品。 ■谭庆华 自2004年GaN HEMT(高电迁移 AlGaN 率晶体管) 问世以来，基于GaN材料 电介质保护膜 的新技术不断涌现，但由于成本偏 二维电子气 高和耗尽型操作的不方便，GaN 晶体 (2DEG) 管市场接受度一直受限，不过这一 局面有望得到改观。美国宜普公司 氮化铝隔离层 最近推出首款增强型硅基GaN功率晶 体管(简称eGaN FET) ，可专门用于 替代MO SFET ，而且使用标准硅制 图1：eGaN FET结构图 造技术和设备，可以低成本大批量 技术为基础开发出了兼容标准CMOS 数比硅MO SFET领先10倍左右，可 生产。 代工设备的制造工艺，可以用与标 以将DC/DC 电源的输入输出电压转 GaN 是近十几年来迅速发展起 准硅功率MO SFET相似的成本结构 换比提高到超过50:1，能够为用户特 来的第三代宽禁带半导体材料之 来构建GaN 。由于硅上的GaN具有自 别是在以太网供电设备的应用中消 一，其化学性质稳定，耐高温、耐 我隔离的优点，可轻松地将多个器 除整整一级的转换电路以及相应的 腐蚀，这些性质很好地弥补了前两 件集成到单个芯片上，进而和信号 成本、体积和功率损失。 代Si 和G a A s 等半导体材料本身固 级器件整合在芯片上形成完整的电 2 .体积和成本。采用eGaN FET 有的缺点，成为飞速发展的研究前 源体系。宜普公司认为eGaN FET这 后，器件尺寸大大减小，节省空 沿。GaN器件能在更小的面积内传导 种年轻技术的发展潜力要比硅高出 间。相比一个使用硅设计的4 8V/ 8A 更大的电流，体积更小，电容也比 好几个数量级，而硅的发展速度很 的电压转换器，采用eGaN FET 的相 沟道型MO SFET小得多，且支持非 慢、成本高，且正在快速接近理论 同电路面积只有原来的七分之一。 常高的开关速度，能在纳秒时间内 极限。 另外，eGaN FET 晶圆制造成本也有 开关数百伏的电压，工作频率可达 一种新技术要代替旧技术并能 明显的降低，从流程上我们将它和 几兆赫兹。 成为商用，在性能、成本、可靠性 MO SFET制造成本进行对比，这个 据宜普公司介绍，其推出的 和易用性等方面都要能接受市场的 流程分别包括初始材料、生长外延 e G aN F E T 可以设计在高电压下工 检验。 层、从晶圆到晶体管、测试和封装 作，对RD S(ON ) 的影响远小于硅， 1.性能。宜普公司声称第一代 五个阶段，对比结果如表所示。宜 更不存在二极管反向恢复问题。同 eGaN FET在同样尺寸下的导通电阻 普公司深信约五年后，eGaN FET技 时工艺上以硅晶圆上建立GaN 晶体 性能比任何硅都要好，且其品质因 术成本将低于成熟的MOSFET技术。 3 ．可靠性。试验证明，eGaN 初始材料 生长外延层 从晶圆到晶体管 测试成本 封装成本 成本差异最大的地方。GaN外