長(zhǎng)期以來，寬禁帶行業(yè)一直圍繞兩種不同架構(gòu)氮化鎵晶體管爭(zhēng)論高下——常閉耗盡型 （D-mode）和增強(qiáng)型（E-mode）氮化鎵。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，人們傾向于使用增強(qiáng)型（E-mode）晶體管，但其實(shí)無論從性能、可靠性、多樣性、可制造性以及實(shí)際用途方面，常閉型（D-mode）都更優(yōu)于前者。

D-modeGaN的優(yōu)勢(shì)

此前，GaN功率半導(dǎo)體產(chǎn)品的全球領(lǐng)先企業(yè)Transphorm發(fā)布了《Normally-off D-mode 氮化鎵晶體管的根本優(yōu)勢(shì)》的最新白皮書。其中，介紹了normally-off D-mode GaN平臺(tái)的幾個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，包括：

性能更高：優(yōu)越的 TCR (~25%)，更低的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)導(dǎo)通電阻比 (~25%)，從而降低損耗，獲得更高的效率和更優(yōu)越的品質(zhì)因數(shù) (FOM)。高功率級(jí)應(yīng)用更加容易：Transphorm D-mode 具有較高的飽和電流，而 E-mode 則必須通過并聯(lián)才能提供相同的電流，但這會(huì)導(dǎo)致功率密度和可靠性下降。穩(wěn)健性且易驅(qū)動(dòng)性：采用最穩(wěn)健的硅MOSFET SiO2柵極，不受 E-mode 的 p 柵極限制，可兼容硅基驅(qū)動(dòng)器和控制器。

Transphorm業(yè)務(wù)拓展及市場(chǎng)營(yíng)銷高級(jí)副總裁Philip Zuk

Transphorm在初入市場(chǎng)時(shí)，不斷研究、探討了兩種不同的技術(shù)路線，最終決定采用常閉型D-mode。十多年來，Transphorm 憑借最可靠的GaN平臺(tái)成功引領(lǐng)行業(yè)，設(shè)計(jì)和制造用于新世代電力系統(tǒng)的高性能、高可靠性650 V、900 V 和1200 V（ 尚處于開發(fā)階段）氮化鎵器件。目前，Transphorm器件的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)間已超過 2000 億小時(shí)，覆蓋了從低功率到高功率系統(tǒng)最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

Transphorm業(yè)務(wù)拓展及市場(chǎng)營(yíng)銷高級(jí)副總裁Philip Zuk接受了中電網(wǎng)的采訪，深入探討了Transphorm氮化鎵（GaN）產(chǎn)品的獨(dú)特特點(diǎn)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)及其在高性能領(lǐng)域的應(yīng)用前景。他稱：“Transphorm的常閉耗盡型D-mode技術(shù)憑借一個(gè)GaN核心平臺(tái)就能夠涵蓋整個(gè)功率范圍，沒有任何限制，而其他技術(shù)則兼需增強(qiáng)型GaN和SiC MOSFET才能達(dá)到同樣的效果。”

SuperGaN的優(yōu)勢(shì)

Transphorm的SuperGaN技術(shù)是其產(chǎn)品線中的一大亮點(diǎn)。SuperGaN技術(shù)是一種共源共柵（cascode）結(jié)構(gòu)的常閉耗盡型（normally-off D-mode）氮化鎵平臺(tái)。該平臺(tái)特點(diǎn)使得SuperGaN 具備了增強(qiáng)型（E-mode）氮化鎵所不能比擬的優(yōu)勢(shì)，包括：

※ Transphorm積累了深厚的GaN專業(yè)知識(shí)和垂直整合使其能夠快速開發(fā)出高性能、可靠并且強(qiáng)勁的產(chǎn)品。

※ SuperGaN可以保持GaN器件2DEG（即二維電子氣，2DEG溝道的電子遷移率最高，可令開關(guān)性能達(dá)到當(dāng)前任何其他化合物半導(dǎo)體技術(shù)都無法企及的水平。）的自然狀態(tài)，充分利用2DEG的固有優(yōu)勢(shì)，將器件導(dǎo)通電阻降到最低。

※ 業(yè)界最豐富的封裝類型：從傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)TO封裝，直至降低封裝電感、提高工作頻率和印刷電路板制造效率的頂部和底部冷卻式表貼封裝。

※ 業(yè)界領(lǐng)先的可靠性：器件運(yùn)行時(shí)間已超過3000億小時(shí)，F(xiàn)IT故障率（每10億小時(shí)發(fā)生的故障次數(shù)）只有不到0.05。

此外，SuperGaN還可以提供最高的靈活性：

※ 直接替代E-mode增強(qiáng)型GaN分立器件解決方案以及Si和SiC MOSFET；

※ 提供不同的柵極驅(qū)動(dòng)閾值電壓，能夠匹配使用E-mode增強(qiáng)型分立器件、高壓超結(jié)和SiC MOSFET的電路設(shè)計(jì)；

※ 作為一個(gè)垂直整合的企業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)級(jí)封裝（SIP）合作。

Philip Zuk稱，任何其他供應(yīng)商都無法提供上述優(yōu)勢(shì)，這也是Transphorm的SuperGaN技術(shù)能夠取得成功的關(guān)鍵所在。

助力快充市場(chǎng)

如上所述， SuperGaN技術(shù)的優(yōu)勢(shì)使Transphorm 的高壓氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管產(chǎn)品組合能夠滿足當(dāng)今廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用。例如，在快充領(lǐng)域，尤其是智能手機(jī)和筆記本電腦的充電器中，GaN器件在提高效率的同時(shí)減小體積，使快充設(shè)備更快捷高效。Philip Zuk認(rèn)為，快充行業(yè)需要1200V GaN器件，Transphorm是一個(gè)垂直整合的企業(yè)，自主擁有外延片生產(chǎn)工藝，我們的1200V平臺(tái)采用的是藍(lán)寶石基GaN， 650V SuperGaN平臺(tái)采用的是硅基GaN。Transphorm將于今年下半年啟動(dòng)首款1200V器件的試樣，幫助提升設(shè)計(jì)能力和成果，助力快充及800V電動(dòng)汽車制造。

汽車領(lǐng)域的新選擇

在應(yīng)用更為廣泛的新能源汽車領(lǐng)域，同為寬禁帶半導(dǎo)體的SiC被廣泛采用，未來GaN在該領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)否更優(yōu)于SiC呢？Philip Zuk認(rèn)為，與SiC相比，GaN具有更高的性能，并且GaN器件的制造與硅基制程平臺(tái)兼容，襯底材料更便宜，因此制造成本也更低。Transphorm的GaN技術(shù)650V以及即將在下半年推出的1200V平臺(tái)可以不斷改進(jìn)性能和降低系統(tǒng)成本，而SiC卻做不到。目前，Transphorm的GaN技術(shù)已應(yīng)用于電動(dòng)汽車的DC-DC以及車載充電器，并將在2030年進(jìn)一步應(yīng)用于車載逆變器驅(qū)動(dòng)和三相快充站。

與競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)相比毫不遜色

Transphorm的SuperGaN技術(shù)可以與眾多其他技術(shù)開展競(jìng)爭(zhēng)，包括硅超結(jié)、IGBT和碳化硅MOSFET等。

在可驅(qū)動(dòng)性、可設(shè)計(jì)性和穩(wěn)健性方面最接近SuperGaN的技術(shù)，是已上市近25年的硅超結(jié)MOSFET。SuperGaN不斷仿效這些市場(chǎng)應(yīng)用成熟技術(shù)的特性，方便客戶盡快適應(yīng)并接受新的技術(shù)。

同時(shí)，SuperGaN還為設(shè)計(jì)者提供獨(dú)一無二的“GaN優(yōu)勢(shì)”，即2DEG， 2DEG溝道的電子遷移率最高，可令開關(guān)性能達(dá)到當(dāng)前任何其他化合物半導(dǎo)體技術(shù)都無法企及的水平。

高性能SuperGaN技術(shù)在良率和可靠性方面可與硅基技術(shù)媲美，并可將電源設(shè)計(jì)提升至一個(gè)全新的高度，基于其他技術(shù)望塵莫及的固有材料屬性，實(shí)現(xiàn)性能和功率密度更高而成本更低的系統(tǒng)。

小結(jié)

全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)正在快速擴(kuò)展，尤其是在能源效率和高性能需求驅(qū)動(dòng)下，氮化鎵技術(shù)的市場(chǎng)份額不斷增加。隨著全球各國(guó)推進(jìn)碳中和目標(biāo)，氮化鎵技術(shù)在可再生能源、電動(dòng)汽車、高效電源管理等領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。

憑借著全方位的產(chǎn)品平臺(tái)，Transphorm的氮化鎵器件已經(jīng)成功應(yīng)用于從數(shù)十瓦至7.5kW的設(shè)計(jì)及量產(chǎn)產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋計(jì)算、能源/工業(yè)以及消費(fèi)類適配器/快充電源。同時(shí)，Transphorm還創(chuàng)造了氮化鎵行業(yè)的眾多“第一”，為整個(gè)氮化鎵功率半導(dǎo)體行業(yè)樹立新的標(biāo)桿，幫助越來越多的客戶認(rèn)識(shí)氮化鎵技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，期待著Transphorm能為新一代電力系統(tǒng)帶來更多的貢獻(xiàn)。

附：《Normally-off D-mode 氮化鎵晶體管的根本優(yōu)勢(shì)》白皮書

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