安森美垂直GaN技术赋能功率器件应用未来

在传统横向结构的GaN器件中，电流沿芯片表面流动。而垂直 GaN 的 GaN 层生长在氮化镓衬底上，其独特结构使电流能直接从芯片顶部流到底部，而不是仅在表面流动。这种垂直电流路径让器件能够承受更高的电压和更大的电流，从而实现更高的功率密度、更高的效率和更紧凑的系统设计。

垂直架构：功率技术新高度

垂直 GaN 创新：vGaN 支持高电压和高频率运行， 效率优于硅芯片

先进制造工厂：GaN 研发工作在占地 66,000 平方英尺、 配备 GaN 生产专用工具的洁净室设施中进行

专有 GaN 生长工艺：工程师借助安森美 (onsemi) 独特的专有技术， 直接在 GaN晶圆上生长 GaN 层

市场领先与发展进度：安森美率先实现 vGaN 技术规模化生产， 目前已向早期客户提供 700V 和 1,200V 器件样品

什么是垂直 GaN?

垂直 GaN 结构：GaN 层生长在 GaN 衬底上， 电流可以垂直流过芯片

更高性能：与横向 GaN 器件相比， 可实现更高的电流密度和电压

出色的开关速度：支持的开关频率超越硅和碳化硅技术的能力范围

先进应用：非常适合用于人工智能数据中心、 电动汽车充电桩与主驱逆变器， 以及可再生能源系统

垂直 GaN 与横向 GaN

功率性能比较：

vGaN 正推动众多关键领域的创新和效率提升

安森美的垂直 GaN赋能未来

人工智能数据中心：通过减小 800V 电源转换器的尺寸，提高计算密度

电动汽车：电动汽车充电速度更快，相关设备尺寸更小、效率更高

可再生能源：高效的太阳能逆变器和风能系统，减少能源浪费

航空航天：紧凑、坚固、可靠的高性能电源系统

安森美成功驾驭复杂技术， 助力实现规模化创新

垂直 GaN 技术的重要进展：研究人员对这项技术的探索已逾 15 年。安森美实现垂直 GaN 的商业化， 是制造领域的重要里程碑。

先进制造工艺：垂直 GaN 制造需要在块状衬底上生长厚实且无缺陷的 GaN 层， 这一过程依赖精密外延生长技术和新型制造方法。

创新与专利组合：安森美拥有 130 多项相关专利， 涵盖器件架构和加工工艺， 展现其强大的创新能力和知识产权保护水平。

GaN 的科学原理

纤锌矿结构 - 六方晶系的优势

高键合强度与低本征缺陷

垂直 GaN 晶体的生长和掺杂过程旨在提升其性能和可靠性， 同时简化制造工艺。这一特性使垂直 GaN 有别于硅和碳化硅， 成为未来高能效电子产品的战略材料。

六方晶系的优势：纤锌矿晶体结构提升性能

垂直 GaN 的六方纤锌矿晶体结构是其优异性能的基础。 这一结构赋予其独特的电子特性， 显著增强其耐高压能力， 并有助于电源系统微型化。

这种晶系优势与 pGaN 和 nGaN 的制备方法使垂直 GaN 有别于传统材料，成为推动下一代电子产品性能提升的关键因素。

高精准度：垂直 GaN 在高温环境中表现稳定

垂直 GaN 通过高温生长工艺获得出色的稳定性和性能， 为高能效、 高可靠性电力电子技术的发展提供支撑。

垂直 GaN 器件能够承受超过 1,200 V 的电压。 利用该技术， 已经研制出额定电压达 3,300V 的器件。

Si、 SiC 和 GaN 材料参数

GaN 在高频应用中表现出色

GaN-on-GaN 具备高耐用性

与 GaN-on-Si/GaN-on-SiC 等横向器件相比， 垂直结构的 GaN-onGaN 器件因其同质外延结构， 天然具备更强的稳健性。

垂直 GaN：简单的 GaN-on-GaN 三维结构

垂直 GaN-on-GaN e-JFET 提供了一种可扩展的高导电性功率开关

JFET 沟道利用 GaN的高体迁移率， 实现较低的整体 RDS(ON)

器件结构具备稳健的边缘端接设计，可实现完整的雪崩防护能力

适用于各种应用的功率开关技术

安森美的垂直 GaN 技术不仅是一项技术突破。对于那些寻求在能效、电气化和先进制造领域占据领先地位的企业和国家而言，它更是一项战略资产。

能源需求：以高效率、 高性能的电力电子器件满足 AI 和电动汽车市场日益增长的能源需求

性能和效率：相比传统解决方案， 更小巧、 更轻便、 更高效；支持先进的产品设计

行业投资：为高能效电子产品提供竞争优势， 同时具备技术前瞻性， 能够满足未来市场需求