ST和Exagan加速GaN的大规模采用

工程师应该采用氮化镓 （GaN）功率器件，还是为时尚早？部分答案在于我们收购了 Exagan 的多数股权，Exagan是一家拥有独特外延生长专业知识的法国创新者，也是少数能够在 8 英寸（200 毫米）晶圆上大规模部署和生产 GaN 功率器件的公司之一。 意法半导体对 Exagan 的投资是我们在复合功率半导体领域长期承诺的延续。事实上，我们最近推出了MASTERGAN1，这是第一个 600 V 系统级封装在半桥拓扑中具有一个栅极驱动器和两个增强型 GaN 晶体管。该设备为笔记本电脑和智能手机等提供具有成本效益的电源打开了大门。因此，工程师越来越多地将 GaN 功率器件的设计和生产视为主流。

第一的重要性

氮化镓是一种化合物 III/V 半导体材料。它具有 3.4 eV 的宽带隙和 1，700 cm2/Vs 的电子迁移率。相比之下，硅的电压为 1.1 eV 和 1，400 cm2/Vs。因此，GaN 的固有特性导致更高的击穿电压和更低的通态电阻，这意味着与类似尺寸的硅器件相比，该组件可以更有效地处理更大的负载，从而降低材料清单。ST 看到了 GaN 的潜力，是首批提供采用这种新材料的主流功率器件的公司之一。事实上，MASTERGAN 系列提供了业内第一个也是唯一一个带有两个 e-Mode GaN 晶体管的系统级封装。

而现在，与 Exagan 的协议意味着 ST 将成为第一家在其产品组合中拥有耗尽型 （D-mode） 和增强型 （E-mode） GaN 器件的公司。D 模式高电子迁移率晶体管 （HEMT） 使用“常开”芯片配置，这意味着它们具有不需要在栅极施加电压的自然导电沟道。D 模式代表基于 GaN 的器件的自然形式，它通常将低压硅 MOSFET 集成到级联配置中。另一方面，“常关”或 E 模式器件具有 P-GaN 通道，需要栅极电压才能导通。两者都越来越多地出现在消费、工业、电信和汽车应用中。

收养困境

尽管 GaN 器件越来越受欢迎，但当工程师遇到不情愿的经理或制造合作伙伴时，可能会出现问题。一方面，甚至最终用户也开始了解氮化镓。正如我们在2020 年工业峰会期间展示的那样，GaN 功率器件越来越多地出现在日常用品中。此外，流行的科技媒体，如Engadget或The Verge等，在解释 GaN 的好处方面做得很好。另一方面，例如，某些工业产品制造商可能会避免使用 GaN，因为担心潜在的 PCB 重新设计或采购问题。因此，让我们探索 ST 和 Exagan 解决方案的影响，以帮助工程师更好地掌握 GaN 现在适合其产品和运营的位置。

ST 和 Exagan：加速 GaN 的大规模采用

更大晶圆的重要性

一项新技术只有在能够有效制造的情况下才能被大规模采用。在世纪之交，该行业仍在为氮化镓晶体中大量缺陷而苦苦挣扎，以至于设备无法使用。从那以后，情况有了很大的改善。然而，如果制造工艺不断改进，工程师只能现实地设想使用 GaN 功率器件。Exagan 的工作因此具有高度的象征意义，因为该公司在提高产量的同时还使用了 8 英寸晶圆。正如 Exagan 负责协调 PowerGaN 系统和应用生态系统的产品和应用总监 Eric Moreau 所解释的。

使用当前 CMOS 晶圆厂的重要性

无论采用何种技术，工程师都必须确保他们需要的组件是可用的。事实上，团队不可避免地会怀疑他们是否可以依靠 GaN 功率器件，尤其是在处理大批量时。凭借 Exagan 的技术、外延工艺和专业知识，ST 现在正在将这项技术应用到其当前的晶圆厂中，而无需对独特的加工设备进行任何特别的投资。因此，植物可以享受更高的产量并更快地提高产量。因此，该行业可以期待更具成本效益的解决方案和更可靠的供应链。

ST 和 Exagan：ST 的 PowerGaN 对行业意味着什么

今天的基础

想要说服他们的经理的工程师必须展示 GaN 的价值主张。理论数字很好，但决策者需要真实世界的价值。团队解决这一挑战的一种方法是展示赛道的表现。事实上，GaN 器件能够大幅降低传导损耗和开关损耗，从而降低冷却系统的材料清单。此外，更好的开关性能意味着更小和更轻的无源元件，即电容器和电感器。因此，由于功率密度更高，工程师可以创建更紧凑的系统（最多四倍）。因此，即使与硅替代品（MOSFET 或 IGBT）相比，GaN 器件可能更昂贵，但它们带来的好处却对它们有利。

通过与 Exagan 的集成，ST 将拥有市场上最强大的 GaN IP 产品组合，因为我们将能够同时提供 E 模式和 D 模式 GaN 产品，从而为未来十年制定清晰的路线图。正如 ST GaN 业务部门经理 Roberto Crisafulli 所解释的那样。

未来的基础

四十年前，硅在电子领域变得无处不在，因为该行业开始在晶体管中高效可靠地使用它。正是基于这样的基础，硅器件的所有其他创新今天仍在流动。如果制造商还不能看到一些积极的结果，他们就无法证明推动技术向前发展的合理性。通过结合 ST 和 Exagan 的技术，我们为未来的 GaN 投资和创新奠定了坚实的基础。简而言之，今天的氮化镓与 40 年前的硅一样，该行业只是瞥见了它的增长潜力。

审核编辑：郭婷