半导体大佬撑腰之下 GaN功率半导体能取代MOSFET?
“如果你需要使用超级结来满足你的要求,那么就使用它。你转向GaN的唯一原因是GaN更便宜或者应用需要更高的密度或效率,即在不牺牲效率的情况下实现更高的频率,”Persson说。“我们认为,GaN将主要在600伏应用中占主导,而到了1200伏区间,我们相信碳化硅MOSFET代表了它的未来。”
随着时间的推移,这些技术将开始互相重叠。“在重叠区间,由成本等特定的标准决定使用哪种技术。这也归结于这个应用是一个成本驱动的设计,还是一个性能和密度驱动的设计。这个灰色重叠地带将随着时间的推移和生产的成熟度而变化。”他说。
什么是GaN?
可以肯定的是,GaN基功率半导体不会在一些制造和生产存在挑战的领域占据主导地位。在整个工艺流程中,GaN器件是从硅衬底开始制造的,先在硅衬底上生长氮化铝(AlN)层,然后使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)在AlN层上生长GaN。AlN层用作衬底和GaN之间的缓冲层。
应用材料公司技术营销和产品战略总监Ben Lee在一篇博客中提道:“这些(宽带隙)衬底的挑战在于它极其昂贵,而且难以制造。与硅衬底相比,GaN衬底通常为6英寸或更小。有些是8英寸,但供应相当有限。SiC衬底现在正在采用的是六英寸。”
还有其它一些问题。“对于GaN而言,由于GaN和硅之间存在晶格失配,所以必须要用AlN缓冲层,”Lee说。“这些缓冲层非常重要,需要进行调谐以帮助最小化电荷陷阱。”
因此,业界必须继续解决这些问题。“(目标是)解决这些固有的挑战,如晶格失配、热膨胀系数不同,以及能够适应垂直电压跌落的较厚的缓冲层。”Wavetek的Huang说。
在元器件方面,EPC表示,传统的耗尽型GaN芯片在操作中为“常开”状态,因此必须先施加负偏压。如果没有这么设计,系统将发生短路,这使得它们不适合许多应用。
因此,供应商已经从耗尽型器件转移到增强型器件。这些器件对于OEM更为理想,通常是关断状态,直到电压施加到栅极后才会打开。
不过,问题依然很清楚-客户会购买这些元件吗?GaN确实很有前途,但行业倾向于固守如功率MOSFET这种更熟悉的技术。IHS的分析师称:“供应商们需要进行广泛且有效的教育活动,以向客户解释为什么使用以及如何充分利用GaN技术。”
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