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(增强型)氮化镓常开型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GaN解决方案主要是这种耗尽型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,既能充分利用GaN的高频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,控制器和驱动有多选择,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pGaN技术的增强型器件也发布了,可以实现稳定供货。

  三、能华氮化镓功率器件应用 基于能华的氮化镓器件(650V/150mΩ),能华应用团队开发了一款65W 2C1A的快充Demo板   以下是实测的数据: Demo测试效率:

通过测试,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。目前市场上有几十家客户对这款器件和Demo板的整体性能表示非常满意,已经直接拿能华的这款demo板设计资料打板直接试产了。

热测试结果

装机壳测试,连接多个热电偶在各个器件上,在最恶劣的条件下测试,系统内各器件的温度都满足相关热测试标准。

90Vac输入,65W输出发热情况。 264Vac输入,65W输出发热情况。 Conducted EMI Test 110V 输入 测试条件:输入:110V/60Hz, C口:20V/3.25V,L line QP Margin: >10dB 测试条件:输入:110V/60Hz, C口:20V/3.25V,N line QP Margin: >13dB 测试条件:输入:220V/60Hz, C口:20V/3.25V,L line QP Margin: >10dB 测试条件:输入:220V/60Hz, C口:20V/3.25V,N line QP Margin: >9dB

Radiated EMI Test 110V 输入

测试条件:输入:110V/60Hz, C口:20V/3.25V,Margin: >10dB 测试条件:输入:110V/60Hz, C口:20V/3.25V,Margin: >7dB 测试条件:输入:220V/60Hz, C口:20V/3.25V,Margin: >12dB 测试条件:输入:220V/60Hz, C口:20V/3.25V,Margin: >6dB

从以上能华推出的应用Demo板的测试结果看,能华的功率氮化镓器件以及快充方案已经满足量产的条件, 目前这套方案已经有几十家客户正在小批量试产了。

四、关于江苏能华

江苏能华(全称:江苏能华微电子科技发展有限公司),成立于2010年6月,是由海外留学归国博士团队创办的。公司拥有从外延、设计、制造、测试和封装等各种GaN核心技术,是一家专门从事氮化镓(GaN)晶圆、芯片和模块的设计,生产和销售的化合物半导体高新技术企业。 江苏能华于2017年已建成8寸氮化镓生产线,目前公司的产品线涵盖氮化镓外延片、氮化镓功率场效应管和氮化镓电源解决方案等。值得一提的是,江苏能华是国际上少数能同时掌握E-mode及D-mode两种GaN技术的公司。且目前已经实现这两种产品的量产,并具备两种方案量产出货的能力。

联系方式:

杨杰 18575587016

yang.jie@corenergy.com