650 V GaN FET——从研发迈向产业化

任何研究人员或技术开发人员都会告诉你，让一项新技术走出实验室并投入到大规模批量生产一般要花费10年或更多时间。很显然，氮化镓(GaN) FET便是如此。自从20世纪90年代开始，尽管这种III-V直接带隙半导体材料广泛应用于发光二极管(LED)，但在主流功率晶体管方面的应用却并不顺利。

在安世半导体，大约10年前我们就开始研究GaN的潜力，那时安世半导体还是恩智浦的一个部门。加上它在光电子学中的应用，这种物理性能稳定的化合物半导体为高频大功率设备提供了许多明显的性能优势。这项技术不仅能轻易地比体硅处理更高的电压，而且还具有高热容量和热导率。因此，在很多方面，对650 V高功率FET而言，这都是一项理想的技术。

克服GaN-on-Si的挑战

当然，在GaN用于主流高功率FET之前，还需要克服大量的挑战。首先，从制造业方面来看，III-V半导体的加工成本往往很高。能够成功地在尺寸较大的硅基片增加较厚的GaN外延层，并获得适当的外延性能，这是使标准150 mm（6英寸）晶圆用于初级生产的关键。这可以为真正的批量生产提供所需的可扩展性和降低成本的指标。

从FET方面来看，处理动态RDSon等问题对于实现客户需要的设备性能至关重要。结果导致极低的开关品质因数(RDSon x Qgd)和反向恢复电荷(Qrr)支持高开关频率，同时提供较低的功耗和更高效的功率转换。

当然，对于批量生产而言，每台设备都需要可靠地完成它的任务。因此，在安世半导体，我们利用自身经验推动汽车MOSFET测试，在关键可靠性测试中超过了AEC-Q101要求的两倍。这意味着我们花费大量时间重复测试GaN设备，以确保它们在生命周期内能够可靠运转。

最后，我们需要从应用/拓扑的角度来看待GaN-on-Si FET的优势，这点至关重要。安世半导体能够表征功能性设备，并了解它们在各种拓扑中的运行情况。这使得我们能够建立理解和内部经验，以支持客户并使GaN成为一项主流功率半导体技术。

650 V GaN FET的理想时机

安世半导体发布的首款650 V GaN FET完全符合对高功率FET不断增长的需求。我们的首批设备将为高端电源提供所需的性能和效率提升，以降低工业自动化、数据中心和电信基础设施中的功率损耗。随着我们继续开发包括表面贴装在内的汽车合格设备，GaN-on-Si FET较高的功率密度和效率将会不断促进动力系统的电气化。

GaN最终完成了从研发到产业化的历程，开始发挥其作为主流功率晶体管技术的潜力。