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第三代半導體材料GaN(氮化鎵)將成為市場發展新動力

時間:2017-12-19

來源:網絡轉載

導語:根據Yole Développement(以下簡稱YD)公司近期發布的《功率GaN:外延、器件、應用及技術趨勢-2017版》報告,2016年,全球功率GaN市場規模已經達到了1400萬美元。相對于總規模達到驚人的300億美元的硅功率半導體市場,功率GaN市場還顯得很微不足道。

根據YoleDéveloppement(以下簡稱YD)公司近期發布的《功率GaN:外延、器件、應用及技術趨勢-2017版》報告,2016年,全球功率GaN市場規模已經達到了1400萬美元。相對于總規模達到驚人的300億美元的硅功率半導體市場,功率GaN市場還顯得很微不足道。不過,功率GaN技術憑借其高性能和高頻解決方案適用性,短期內預計將展現巨大的市場潛力。

功率GaN技術憑借其高速轉換性能,由高壓驅動電池和DC-AC工廠自備輔助電源的充電,以及DC-DCbuck向12V和未來48V電池的轉變所帶來的未來市場,都為GaN帶來了無線可能。Transphorm公司等市場主要廠商已經獲得了汽車應用產品認證,這將使EV/HEV(電動汽車/混合動力汽車)領域的GaN應用最終獲得放量。

Transphorm公司是一家全球化的半導體公司,為高壓功率轉換應用開發了完整認證的650VGaN功率器件。據麥姆斯咨詢報道,近日Transphorm公司剛剛獲得了Yaskawa公司(安川電機)的1500萬美元投資。在此背景下,Yole和Transphorm公司技術營銷副總裁PhilipZuk先生取得了對話,共同探討了Transphorm公司近期的新動向和未來前景,以及全球GaN產業的發展趨勢。

從產品到應用 GaN(氮化鎵)將成為功率半導體市場發展新動力

2016~2022年按應用細分的GaN功率器件市場

(引自:《功率GaN:外延、器件、應用及技術趨勢-2017版》)

YD:請您介紹一下Transphorm的歷史及主要產品。

PhilipZuk(以下簡稱PZ):Transphorm公司的創始人PrimitParish和UmeshMishra早年創辦并成功運營了一家名為Nitres的GaNLED公司,在Nitres被Cree(科銳)收購后,2007年,兩人便聯合創辦了Transphorm公司。十年來,Transphorm公司一直專注于將高壓(HV)GaNFET(場效應晶體管)推向市場。致力于為電力電子市場(數據中心服務器、PV轉換器、感應/伺服電機、工業及汽車等商業供電市場)設計、制造和銷售業內頂級品質和可靠性的GaN技術產品。2013年,Transphorm公司推出了業內唯一經過JEDEC認證的GaN器件。2017年3月,我們又繼續引領產業,推出了市場上僅有的一款經過AEC-Q101認證的650V車用GaN器件。

從產品到應用 GaN(氮化鎵)將成為功率半導體市場發展新動力

Transphorm公司經AEC-Q101認證的FET器件TPH3205WSBQA

Transphorm公司的獨特優勢包括:

-業內唯一能夠供應經JEDEC和AEC-Q101認證的技術和產品;

-擁有業內規模最大的GaN技術專利組合;

-最豐富的器件/封裝解決方案供應能力;

-終端客戶產品已經量產的GaN供應商之一;

-擁有較完整的外延(EPI)、設計和器件制造工藝價值鏈:這為Transphorm公司提供了多種抓手,使其GaN平臺的品質、可靠性及性能得到最大化。

YD:您能跟我們分享一下Transphorm公司近期在GaN技術領域的最新突破嗎?Transphorm公司是否會制造并認證1200V的GaN器件?

PZ:我們正在努力推出我們的第三代常閉GaNFET技術。該技術的閾值將提高到4.0V,提高了其抗噪能力和器件性能,無需負柵極驅動,并且相比上代產品降低了整體成本。新一代GaN技術可提供傳統的通孔封裝(through-holepackages,TO-XXX),以及表面貼裝分立封裝(SMD)。

與此同時,Transphorm正在基于我們常閉共源共柵GaNFET——金屬絕緣高電子遷移晶體管(MetalInsulatedHighElectronMobileTransistor)D-Mode器件,開發一種E-Mode技術。這種GaN器件的結構有別于目前市場上其它供應商的E-Mode器件。

YD:Transphorm公司相對GaN產業的其它廠商,優勢有哪些?

PZ:我們的優勢很多,如上所述,我們擁有覆蓋完整價值鏈的垂直整合業務模式,包括EPI、設計、制造以及應用支持,使我們能夠在產品開發的各個階段實現創新,從而帶來更高的產品品質和可靠性。

我們也創造了很多業內首創且唯一的里程碑。Transphorm公司設計并制造了業內唯一獲JEDEC認證的GaN產品,并有公開數據支持的產品壽命和可靠性(HTOL、HVOS、HTDC)。我們還設計并制造了唯一獲得AEC-Q101認證的GaN平臺,能夠滿足汽車產業的高標準要求。

我們的GaN技術能夠提供市場上最高的電壓閾值(4.0V)和最高的抗噪性能。

相比競爭產品,我們提供的標準易用型TO-xxx封裝產品,在功率輸出方面提高了40%。我們還針對高側和低側位置,分別提供漏極和源極SMD器件。

最后,Transphorm公司的GaN已經在大規模生產中應用,有些產品已經公開發布(服務器、伺服電機、電源功率級、GaN設計模組等)。

YD:您感覺汽車市場是否已經準備好采用GaN技術了?您認為什么市場是推動GaN應用的主要驅動力?

PZ:我不太確定。目前,幾乎所有的市場我們都有了早期采用者,但是還有更多的“跟隨者”仍在觀望,等待合適的時機迅速切入。而這個合適的時機,考量的因素是多方面的,主要包括:

-質量和可靠性

-多供應商機制所帶來的機遇

-對技術的認知(已準備就緒)

-采用GaN技術的經驗(硬件和固件開發)

-GaN技術研究的技術資源

-相對現有技術,對GaN技術優勢的了解

-從“系統成本”而非部件成本,了解GaN技術

GaN是一種源自RF(射頻)和LED領域的橫向器件,因此,它對于功率電子工程師來說是一種新事物。教育和培訓是應用的關鍵,這也是我們為什么一直在打造設計資源庫,并和客戶緊密合作以支持它們設計開發的原因。我們還開發并制造了評估套件,并將推出多款參考設計,以幫助設計人員更從容地采用GaN技術進行產品開發。

談到市場驅動力,我認為或將是500V或以上的某種商用供電市場。

Transphorm公司開發的TotemPolePFC(4kW)評估套件

YD:如今,大代工廠正在涉足GaN市場。您如何評價功率電子產業的標準IDM模式和Fabless模式?

PZ:就GaN技術開發和產品上市要求的資本消耗率、資源規模而言,這兩種模式都各具優勢。Fabless模式的短板是需要采用其它廠商的標準工藝,或將帶來很多麻煩。這或將導致GaN器件供應商在性能、質量或可靠性方面進行一定的妥協。

我們也知道所有FET技術的“秘方”主要在EPI。因此,圍繞EPI的控制和專利不僅對于開發單個平臺很關鍵,對于長期的技術發展也至關重要。

就目前市場上的E-Mode技術而言,在產品層面還沒有任何換代級別的提升或改變。掌握工藝、EPI和設計,不僅可以使供應商長期地對技術進行微調,還可以提高或降低供應電壓。這是針對現有解決方案,打造突破性技術的真正最有效的方法。

我們已經選擇了一家代工廠合作伙伴,這條工藝線上的工程師是我們Transphorm公司自己的員工。這使我們在控制質量的同時,還能獲得第一手經驗,幫助我們開發新一代產品時,在制造層面優化技術。

YD:Transphorm未來5年的前景如何?將會有哪些重要的發展?

PZ:Transphorm的前景令人興奮!如果我把我們計劃的未來都劇透光了,還有什么驚喜可言?盡請期待,Transphorm在不遠的將來會帶來更多激動人心的產品。”

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