硅功率器件要想获得市场规模应该怎么做

硅功率器件现正开始达到其性能改进被抑制的阶段，不可避免的结论是来自硅进一步支持的技术演进的能力逐渐减弱。现在明确地需要实质上的具有颠覆性的技术。

要获得市场规模应用，功率半导体必须能提供以下性能组合：

· 高电源转换能效

· 高功率密度/紧凑的尺寸

· 快速开关

· 成本效益

GaN极其满足所有上述标准——一些现在就可以做到，另一些正在不断提升中。

GaN设计优势大起底

GaN是第三代半导体材料，相比于第一代的硅（Si）以及第二代的砷化镓（GaAs）等，它具备比较突出的优势特性。由于禁带宽度大、导热率高，GaN器件可在200℃以上的高温下工作，能够承载更高的能量密度，可靠性更高；较大禁带宽度和绝缘破坏电场，使得器件导通电阻减少，有利于提升器件整体的能效；电子饱和速度快，以及较高的载流子迁移率，可让器件高速地工作。

也就是说，利用GaN人们可以获得具有更大带宽、更高放大器增益、更高能效、尺寸更小的半导体器件。

在任何电源系统设计中，某种程度的电源转换损耗将是固定的，但由于其宽带隙，GaN明显比硅表现出更低的损耗，即更好的电源转换效率。因为GaN片可比等效的硅片更小，基于此技术的器件可被置于尺寸更小的封装规格中。由于其高流动性，GaN在用于要求快速开关的电路中能效极高。

下图中显示了GaN HEMT器件的物理结构和它如何类似于现有的MOSFET技术。GaN中的侧向电子流同时提供低导通损耗（低导通阻抗）和低开关损耗。而且，提高的开关速度也有助于节省空间，因为电源电路所含无源元件可以更少，配套的磁性元件中使用的线圈可以更小。此外，GaN提供的更高的电源转换效率意味着更少的散热量——减小了需要分配给热管理的空间。

GaN与硅制造工艺之间的相似性

电力需求推动技术革新

GaN处于有利地位，可从已为硅器件到位的制造设施中受益。只需使用相同的设备，添加几个简单的工艺步骤，就可应用于现有的6英寸和8英寸的CMOS硅制造工艺，而且，一旦容量需求成为必要，可扩展至12英寸工艺。

随着标准的CMOS硅制造转为更大尺寸的晶圆，对传统的最初用于硅器件的制造设施继续工作是一个真正的机会（否则会变得多余）。这意味着旧的芯片生产基地通过切换输出氮化镓而将获得第二次新生。

通过这样的方式降低成本，新的渠道将开始为GaN打开。正如60年代末和70年代初为硅基IC所做的那样，市场将滚雪球——GaN的需求增加将导致更多的产量和更低的单位成本。

GaN将不再被看作小生态半导体技术，仅仅简单地在较小的制造场地和实验室制造，而是将成为商业可行的解决方案，可通过大规模方案生产器件从而能达到与硅一致的价位。

总之，电力需求超越了长期的半导体技术，而且必须做些什么来解决这个问题。当应用于电源系统设计，GaN有能力使性能发生巨大的改善而超越硅器件可实现的性能。因此它必定在电力电子的新时代发挥巨大的作用——向工程师提供更高能效、更小外形因素和更快开关速度的器件。得益于技术的重大改进，将有可能降低GaN生产的费用。因此我们现在处于这样一个阶段，GaN终于可被看作一种准备量产的工艺技术。

Transphorm通过与日本富士通公司的合作，使之能够满足全球对氮化镓功率转换产品不断增长的需求。Transphorm公司符合JEDEC认证的制程与富士通半导体的基础技术进行整合，并导入富士通半导体福岛会津的6寸CMOS制程产线，为高产量的硅芯片制造提供多项关键功能提升。GaN电源器件运用CMOS制程产品线投入量产，可为GaN电源器件广泛普及带来长足且关键的进程。未来还将持续提升富士通半导体的高质量制程技术，确保稳定的供货，并将GaN电源器件的全新价值推广到全球市场。

关于Transphorm

富士通电子旗下代理品牌 Transphorm，是一家设计、生产氮化镓功率转换器和模块的企业。 2007年成立，Transphorm以美国加州大学圣塔芭芭拉分校的教授和研究人员为主体，致力于设计、生产GaN（氮化镓）功率转换器和模块，已获得了包括谷歌、富士通、凯鹏华盈、考菲尔德及拜尔斯、索罗斯基金管理公司、量子战略合作伙伴在内的众多投资机构的青睐。 2013年，Transphorm推出了当时业内唯一经过JEDEC认证的GaN器件，建立了业界第一个也是唯一通过JEDEC认证的600V GaN产品线。 2014年2月，Transphorm与富士通半导体的功率器件业务部进行了业务合并，Transphorm负责设计、富士通半导体负责制造并代理销售。 2015年，Transphorm和安森美建立合作关系，共同推出基于GAN的电源方案。公司创立十多年来，Transphorm一直专注于将高压GaN FET推向市场。致力于为电力电子市场（数据中心服务器、PV转换器、感应/伺服电机、工业及汽车等商业供电市场）设计、制造和销售GaN产品。 2017年3月，又推出了市场上仅有的一款经过AEC-Q101认证的650V车用GaN器件。