ROHM开发出针对150V GaN HEMT的8V栅极耐压技术

由 winniewei 提交于周四, 8 四月 2021 - 15:07

解决了GaN器件的栅极耐压问题，并有助于基站和数据中心等领域的电源实现更低功耗和小型化

全球知名半导体制造商ROHM（总部位于日本京都市）面向以工业设备和通信设备为首的各种电源电路，开发出针对150V耐压GaN HEMT*1（以下称“GaN器件”）的、高达8V的栅极耐压（栅极-源极间额定电压）*2技术。

近年来，在服务器系统等领域，由于IoT设备的需求日益增长，功率转换效率的提升和设备的小型化已经成为重要的社会课题之一，而这就要求功率元器件的进一步发展与进步。

ROHM一直在大力推动业内先进的SiC元器件和各种具有优势的硅元器件的开发与量产，以及在中等耐压范围具有出色的高频工作性能的GaN器件的开发。此次，ROHM就现有GaN器件长期存在的课题开发出可以提高栅极-源极间额定电压的技术，能够为各种应用提供更广泛的电源解决方案。

与硅器件相比，GaN器件具有更低的导通电阻值和更优异的高速开关性能，因而在基站和数据中心等领域作为有助于降低各种开关电源的功耗并实现小型化的器件被寄予厚望。然而，GaN器件的栅极-源极间额定电压较低，在开关工作期间可能会发生超过额定值的过冲电压，所以在产品可靠性方面一直存在很大的问题。

在这种背景下，ROHM利用自有的结构，成功地将栅极-源极间额定电压从常规的6V提高到了8V，这将有助于提高采用高效率的GaN器件的电源电路的设计裕度和可靠性。此外，还配合本技术开发出一种专用封装，采用这种封装不仅可以通过更低的寄生电感更好地发挥出器件的性能，还使产品更易于在电路板上安装并具有更出色散热性，从而可以使现有硅器件的替换和安装工序中的操作更轻松。

未来，ROHM将加快使用该技术的GaN器件开发速度，预计于2021年9月即可开始提供产品样品。

＜开发中的GaN器件的特点＞

ROHM即将推出的目前正在开发中的GaN器件具有以下特点：

1. 采用ROHM自有结构，将栅极-源极间额定电压提高至8V

普通的耐压200V以下的GaN器件的栅极驱动电压为5V，而其栅极-源极间额定电压为6V，其电压裕度非常小，只有1V。一旦超过器件的额定电压，就可能会发生劣化和损坏等可靠性方面的问题，这就需要对栅极驱动电压进行高精度的控制，因此，这已成为阻碍GaN器件普及的重大瓶颈问题。

针对这种课题，ROHM通过采用自有的结构，成功地将栅极-源极间的额定电压从常规的6V提高到了业内超高的8V。这使器件工作时的电压裕度达到普通产品的三倍，在开关工作过程中即使产生了超过6V的过冲电压，器件也不会劣化，从而有助于提高电源电路的可靠性。

2. 采用在电路板上易于安装且具有出色散热性的封装

该GaN器件所采用的封装形式，具有出色的散热性能且通用性非常好，在可靠性和可安装性方面已拥有可靠的实际应用记录，因此，将使现有硅器件的替换工作和安装工序中的操作更加容易。此外，通过采用铜片键合封装技术，使寄生电感值相比以往封装降低了55％，从而在设计可能会高频工作的电路时，可以更大程度地发挥出器件的性能。

3. 与硅器件相比，开关损耗降低了65％

该GaN器件不仅提高了栅极-源极间额定电压并采用了低电感封装，还能够更大程度地发挥出器件的性能，与硅器件相比，开关损耗可降低约65％。

＜应用示例＞

<ul>
<li>数据中心和基站等的48V输入降压转换器电路</li>
<li>基站功率放大器单元的升压转换器电路</li>
<li>D类音频放大器</li>
<li>LiDAR驱动电路、便携式设备的无线充电电路</li>
</ul>

＜术语解说＞

*1) GaN HEMT

GaN（氮化镓）是一种用于新一代功率元器件的化合物半导体材料。与普通的半导体材料硅相比，具有更优异的物理性能，目前利用其高频特性的应用已经开始增加。

HEMT是High Electron Mobility Transistor（高电子迁移率晶体管）的英文首字母缩写。

*2) 栅极-源极间额定电压（栅极耐压）

可以在栅极和源极之间施加的最大电压。

工作所需的电压称为“驱动电压”，当施加了高于特定阈值的电压时，GaN HEMT将处于被动工作状态。

【关于罗姆（ROHM）】

罗姆（ROHM）成立于1958年，由起初的主要产品-电阻器的生产开始，历经半个多世纪的发展，已成为世界知名的半导体厂商。罗姆的企业理念是：“我们始终将产品质量放在第一位。无论遇到多大的困难，都将为国内外用户源源不断地提供大量优质产品，并为文化的进步与提高作出贡献”。

罗姆的生产、销售、研发网络分布于世界各地。产品涉及多个领域，其中包括IC、分立式元器件、光学元器件、无源元器件、功率元器件、模块等。在世界电子行业中，罗姆的众多高品质产品得到了市场的许可和赞许，成为系统IC和先进半导体技术方面的主导企业。

【关于罗姆（ROHM）在中国的业务发展】

销售网点：起初于1974年成立了罗姆半导体香港有限公司。在1999年成立了罗姆半导体（上海）有限公司， 2006年成立了罗姆半导体（深圳）有限公司，2018年成立了罗姆半导体（北京）有限公司。为了迅速且准确应对不断扩大的中国市场的要求，罗姆在中国构建了与总部同样的集开发、销售、制造于一体的垂直整合体制。作为罗姆的特色，积极开展“密切贴近客户”的销售活动，力求向客户提供周到的服务。目前在中国共设有20处销售网点，其中包括香港、上海、深圳、北京这4家销售公司以及其16家分公司（分公司：大连、天津、青岛、南京、合肥、苏州、杭州、宁波、西安、武汉、东莞、广州、厦门、珠海、重庆、福州）。并且，正在逐步扩大分销网络。

技术中心：在上海和深圳设有技术中心和QA中心，在北京设有华北技术中心，提供技术和品质支持。技术中心配备精通各类市场的开发和设计支持人员，可以从软件到硬件以综合解决方案的形式，针对客户需求进行技术提案。并且，当产品发生不良情况时，QA中心会在24小时以内对申诉做出答复。

生产基地：1993年在天津（罗姆半导体（中国）有限公司）和大连（罗姆电子大连有限公司）分别建立了生产工厂。在天津进行二极管、LED、激光二极管、LED显示器和光学传感器的生产，在大连进行电源模块、热敏打印头、接触式图像传感器、光学传感器的生产，作为罗姆的主力生产基地，源源不断地向中国国内外提供高品质产品。

社会贡献：罗姆还致力于与国内外众多研究机关和企业加强合作，积极推进产学研联合的研发活动。2006年与清华大学签订了产学联合框架协议，积极地展开关于电子元器件先进技术开发的产学联合。2008年，在清华大学内捐资建设“清华-罗姆电子工程馆”，并已于2011年4月竣工。2012年，在清华大学设立了“清华-罗姆联合研究中心”，从事光学元器件、通信广播、生物芯片、SiC功率器件应用、非挥发处理器芯片、传感器和传感器网络技术（结构设施健康监测）、人工智能（机器健康检测）等联合研究项目。除清华大学之外，罗姆还与国内多家知名高校进行产学合作，不断结出丰硕成果。

罗姆将以长年不断积累起来的技术力量和高品质以及可靠性为基础，通过集开发、生产、销售为一体的扎实的技术支持、客户服务体制，与客户构筑坚实的合作关系，作为扎根中国的企业，为提高客户产品实力、客户业务发展以及中国的节能环保事业做出积极贡献。