ROHM開發(fā)出針對150V GaN HEMT的8V柵極耐壓技術(shù)

　　～解決了GaN器件的柵極耐壓問題,并有助于基站和數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的電源實現(xiàn)更低功耗和小型化～

　　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一步發(fā)展與進步。

　　ROHM一直在大力推動業(yè)內(nèi)先進的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),能夠為各種應(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>

　　ROHM即將推出的目前正在開發(fā)中的GaN器件具有以下特點:

　　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)。