國產器件突破1700V，功率GaN拓展更多應用

電子發燒友網報道（文/梁浩斌）GaN器件已經在消費電子領域站穩腳跟，而在消費電子之外，電源產品還有很多較大的應用市場，包括光伏逆變器、服務器電源、汽車領域等。而新能源汽車作為目前規模增長最快的市場之一，SiC已經成功導入電動汽車產品，并實現大批量落地。

與SiC同為第三代半導體的GaN，在材料特性，器件的特性上都有很多相同之處，甚至在成本以及高頻應用中，GaN功率器件相比SiC還有一定優勢，所以各大功率GaN廠商都在積極布局汽車應用。

不過目前功率SiC主要被用于800V高壓平臺的車型中，包括牽引逆變器、空調壓縮機等要用到耐壓值1200V的器件。但此前GaN在消費電子領域大多產品在650V或以下，如果想要在汽車領域得到更廣泛的應用，就需要更高耐壓值的GaN器件。

GaN HEMT器件突破1700V，拓展高壓應用

在目前電動汽車高壓系統的趨勢下，一般母線電壓為800V的系統中，需要用到1200V耐壓的功率器件。而隨著電池包技術發展，以及快充、低能耗的需求，一些車型的電池包電壓已經高達900V，出現1000V電壓級別的車型也只是時間問題。

而1000V電壓的電路中，可能會產生1300V或以上的瞬時電壓，所以這個時候就需要1700V耐壓的器件。而目前市面上SiC功率器件已經有很多耐壓1700V的產品，還有一些超高壓產品耐壓達到3300V以上。

最近，國內GaN領域也出現了一款1700V GaN HEMTs器件。致能科技團隊與西安電子科技大學廣州研究院/廣州第三代半導體創新中心郝躍院士、張進成教授團隊等合作攻關，采用致能科技的薄緩沖層AlGaN/GaN外延片，基于廣州第三代半導體創新中心中試平臺，成功在6英寸藍寶石襯底上實現了1700V GaN HEMTs器件。相關研究成果于2024年1月發表于IEEE Electron Device Letters期刊。
廣東致能團隊通過MOCVD方法在6英寸藍寶石襯底上外延出包括1.5μm薄層緩沖層和AlGaN/GaN異質結結構，這種技術可以顯著減低外延和加工的難度。使用其外延片制備的GaN HEMTs器件具有超過3000 V的高阻斷電壓和17Ω·mm的低導通電阻，并通過1700 V的長期HTRB應力初步驗證了其魯棒性。

而從目前市面上主流的650V GaN器件發展到1700V ，能夠令GaN拓展到更多領域，除了電動汽車之外，在工業、光伏、儲能等領域都會有更大的應用空間。

目前多家廠商已經推出900V及以上功率GaN

近幾年，為了滿足更多市場的需求，拓展應用領域，功率GaN產品的規格也越來越豐富，眾多廠商在高壓應用上推出量產產品。

剛剛被瑞薩收購的GaN廠商Transphorm，在2017年推出了第一款900V GaN產品，并且在2022年的國際功率半導體器件和集成電路研討會（ISPSD）上展示了1200V GaN器件。Transphorm當時表示，市場上可買到的高功率GaN晶體管的電壓范圍通常為600V至650V，只有Transphorm能夠提供900V GaN器件。

而在2023年，Transphorm公布了其1200V功率GaN器件的仿真模型和初步數據，這款產品基于藍寶石基氮化鎵外延片制造，擁有70mΩ的導通電阻、±20 Vmax柵極穩健性、低 4V柵極驅動噪聲抗擾度、零QRR和3引腳TO-247封裝。

PI（Power Integrations）去年也推出了900V PowiGaN器件，并在不久之后又推出了1250V的PowiGaN器件。據測試，1250V的PowiGaN開關方案，其效率要比650V的硅開關方案高出1%，其損耗也比傳統的硅開關方案減少近一半左右。同時還具有同步整流和FluxLink安全隔離反饋功能，可以穩定輸出電壓和電流，能夠用于1000V峰值工作電壓的應用中。

國內鎵未來也已經推出了900V的GaN器件，并已經實現量產，支持TO-252-3L、TO-252、TO-220三種封裝，有R_DS(ON)990mΩ/450mΩ/270mΩ等規格。

鎵宏半導體官網顯示目前已推出了GSR900D035系列 900V、50mΩGaN FET，能夠用于工業、光伏逆變器、伺服電機等應用。

華潤微旗下專注三代半的廠商潤新微（前為芯冠科技）早在2022年就推出了900V的硅基氮化鎵系列產品，目前公司官網顯示提供TO-220封裝，RDS_(ON)540mΩ/270mΩ/220mΩ/150mΩ規格的900V GaN功率器件。

去年國內900V GaN產業鏈也有不少新的廠商取得突破，比如聚能晶源研制出了高柵壓GaN增強型外延技術和900V高耐壓GaN-on-Si外延技術；長平時代發布用于車載電子的6英寸900V硅基GaN外延片；湖南三安完成了900V 硅基氮化鎵功率器件的開發，并已導入到客戶產品設計和系統驗證。

小結：

隨著更多高壓GaN器件的出現，也將會大大拓展GaN的應用領域。未來GaN功率器件將會出現在更多比如工業、光伏、儲能、電動汽車主驅等應用場景中。