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国产氮化镓新势力,能华推出全新基于D mode 氮化镓的快充方案
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国产氮化镓新势力,能华推出全新基于D mode 氮化镓的快充方案

2021-07-06 17:10:00 来源:能华微电子

【哔哥哔特导读】第三代半导体材料GaN(氮化镓),是宽禁带半导体的杰出代表。GaN的禁带宽带是Si的3倍,击穿电场是Si的10倍。因此,氮化镓制作的功率器件具有开关速度快,导通电阻低,芯片面积小等显著特点,广泛适用于电源适配器、工业电源和汽车电子等领域

一、能华氮化镓功率器件的独特优势

第三代半导体材料GaN(氮化镓),是宽禁带半导体的杰出代表。GaN的禁带宽带是Si的3倍,击穿电场是Si的10倍。因此,氮化镓制作的功率器件具有开关速度快,导通电阻低,芯片面积小等显著特点,广泛适用于电源适配器、工业电源和汽车电子等领域。

GaN功率器件一般分常开型(耗尽型)和常闭型氮化镓(增强型)。常开型GaN功率器件需要负压关断,以前市场对它的应用特性认识还不太成熟,因此在实际应用中较难直接使用。目前市场上耗尽型的GaN解决方案主要是D-mode(常开型GaN功率器件和低压Si MOSFET器件合封),国际上知名的半导体企业PI、TI和Transphorm等都在推广这种方案。随着认识的深入,这种GaN功率器件在消费电子应用中也能灵活和低压Si器件搭配,。这既能充分利用GaN的高频和高转换效率的应用特点,又能在驱动上充分兼容Si MOSFET,应用生态比较成熟,且控制器和驱动有多种选择,使用上比较灵活,系统成本上也极具吸引力。能华微电子目前已经推出了这种产品和相关快充应用方案。

能华微电子氮化镓功率器件的电流能力特点

能华微电子的氮化镓器件充分利用AlGaN/GaN异质结天生具有的高浓度2DEG的特点,AlGaN势垒层厚度相对较大,压电极化效应相对较强,因此2DEG也就是载流子浓度相对较高,沟道的导通电阻更低,因此器件的耐电流冲击能力更强。

能华微电子氮化镓功率器件栅极工艺特点

能华微电子功率氮化镓器件通过工艺在栅金属与AlGaN/GaN外延结构之间插入一层绝缘介质层,形成MIS结构。对于MIS-HEMT而言,由于金属-半导体之间插入了一层绝缘层,在器件工作时绝缘层可以承受一定的栅压。通过实现高质量的栅介质,它们可以具有很宽的栅摆幅(-40V to +20V),因此驱动电压范围更宽,栅极耐ESD能力更强,同时这种工艺结构闸门的泄漏电流非常小,因此闸门有很高的可靠性,这也是目前业界最高的可靠性设计工艺。

江苏能华推出的这种氮化镓功率器件具有耐电流冲击能力强、驱动电压范围宽、耐ESD能力强、闸门泄漏电流小、Si MOSFET驱动兼容等特点,因此这种氮化镓器件的可靠性更高,应用范围更广,能够广泛应用于消费、工业和汽车等应用领域。另外能华GaN产品的工艺良率稳定保持在一个很高的水平,可有效地降低产品成本,能为客户持续稳定提供具有市场竞争力的解决方案。

二、能华氮化镓功率器件布局

江苏能华提供高性能的耗尽型氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT),具有耐高压(>650V),耐高温(150℃),耐冲击电流高,开关损耗小的特点;可以直接驱动也可与增强型LV Si MOSFET在电路上连接,实现高效开关转换,成本上对客户很有吸引力。同时,江苏能华也提供Cascode增强型器件,通过耗尽型氮化镓 HEMT器件与增强型LV Si MOSFET的合封,实现高性能、高可靠的增强型功率器件方案,可以应用于大功率的工业级与汽车级应用。

目前江苏能华微电子可以提供TO-220及PDFN(5*6、8*8)封装的GaN HEMT器件,同时TO-220和PQFN(8*8)封装的Cascode器件可以量产出货。另外,PDFN(5*6)封装P-GaN技术的增强型器件也发布了,可以实现稳定供货。

能华氮化镓功率器件布局与应用介绍

三、能华氮化镓功率器件应用

基于能华的氮化镓器件(650V/150mOhm),能华应用团队开发了一款65W 2C1A的快充Demo板,230VAC输入的母线满载效率高达94.2%, C口满载效率达93.2%左右。同时传导和辐射的裕量在7dB和10dB以上。目前市场上有好几家头部方案商对这款器件的快充方案整体性能表示非常满意,已经拿能华的这款demo板设计资料打板准备直接试产。以下是实测的数据:

能华氮化镓功率器件布局与应用介绍

Demo测试效率:

能华氮化镓功率器件布局与应用介绍

热测试结果

装机壳测试,在最恶劣的条件下测试,系统内各器件的温度都满足热测试标准。

能华氮化镓功率器件布局与应用介绍

能华氮化镓功率器件布局与应用介绍

Conducted EMI Test 110V 输入

能华氮化镓功率器件布局与应用介绍

能华氮化镓功率器件布局与应用介绍

能华氮化镓功率器件布局与应用介绍

能华氮化镓功率器件布局与应用介绍

Radiated EMI Test 110V 输入

能华氮化镓功率器件布局与应用介绍

能华氮化镓功率器件布局与应用介绍

能华氮化镓功率器件布局与应用介绍

能华氮化镓功率器件布局与应用介绍

从以上能华推出的应用Demo板的测试结果看,系统性能已经满足量产的条件,能华的功率氮化镓器件以及快充方案已经就绪,随时可以销售。

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