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ROHM
2021/04/14
ROHM成功提升150V GaN HEMT閘極耐壓至8V，有助降低基地台和資料中心電源功耗及裝置小型化
半導體製造商ROHM（總公司：日本京都市）針對工控裝置和通訊裝置等電源電路，將150V GaN HEMT*1（以下稱為 GaN元件）的閘極耐壓（閘極-源極額定電壓）*2提升至8V。
近年來在伺服器系統等設備中，由於IoT裝置的需求日益增長，功率轉換效率的提升和裝置小型化已經成為重要的課題之一。
一直以來，ROHM持續研發與量產領先業界的SiC元件和其他具有優勢的矽元件，以及在中等耐壓範圍具出色高頻工作性能的GaN元件。本次ROHM就現有GaN元件長期存在的課題，研發出可以提高閘極-源極額定電壓的技術，為各類應用提供更廣泛的電源解決方案。
與矽元件相比，GaN元件具有更低的導通電阻值和更優異的高速開關性能，因有助降低開關電源功耗及裝置小型化，所以在基地台和資料中心等設備中被寄予厚望。然而GaN元件的閘極-源極額定電壓較低，在開關工作期間可能會發生超過額定值的過衝電壓，在產品可靠性方面一直存在很大的問題。 上述背景下，ROHM利用獨創結構成功地將閘極-源極額定電壓從6V提高到了8V，這將有助採用高效率GaN元件的電源電路設計提升範圍和可靠性。此外，更針對此技術研發出專用封裝，不僅可透過更低的寄生電感徹底發揮元件性能，還能使產品更易於安裝在電路板上，並且具有更出色的散熱性，讓現有矽元件的替換和安裝製程操作上更加輕鬆。 今後ROHM將加快GaN元件的研發速度，預計於2021年9月即可開始提供樣品。
＜研發中GaN元件的特點＞
ROHM即將推出的GaN元件具有以下特點：
1. 採用ROHM獨創結構，將閘極-源極額定電壓提高至8V
一般耐壓200V以下的GaN元件閘極驅動電壓為5V，而其閘極-源極額定電壓為6V，電壓餘量僅有1V。一旦超過元件的額定電壓，就可能會產生劣化和損壞等可靠性問題，這時就需要對閘極驅動電壓進行高精度的控制，這也因此成為阻礙GaN元件普及的重大瓶頸。
針對上述課題，ROHM透過獨創結構，成功地將閘極-源極間的額定電壓從6V提高到了業界頂級的8V。這使元件工作時的電壓餘量達到一般產品的三倍，開關工作過程中即使產生了超過6V的過衝電壓，元件也不會劣化，因此有助提高電源電路的可靠性。
2. 使用在電路板上易於安裝且具有出色散熱性的封裝
該GaN元件所採用的封裝形式，具有出色的散熱性能且通用性更高，因此在可靠性和可安裝性方面擁有不錯的實績，也將使現有矽元件的替換工作和安裝製程中的操作更加容易。此外透過採用銅片鍵合封裝技術，使寄生電感值比傳統封裝降低了55％，在設計高頻工作電路時，可以更大程度地發揮出元件性能。
3. 與矽元件相比，開關損耗降低了65％
該GaN元件不僅提高了閘極-源極額定電壓，還採用了低電感封裝，更能夠更大程度地發揮元件性能，與矽元件相比，開關損耗可減少約65％。
＜應用範例＞
- 資料中心和基地台等48V輸入降壓轉換器電路
- 基地台功率放大器裝置的升壓轉換器電路
- D類音訊放大器
- LiDAR驅動電路、攜帶式裝置的無線充電電路
如欲了解更多資訊，請瀏覽：https://www.rohm.com.tw/news-detail?news-title=2021-04-14_news_gan&defaultGroupId=false (新聞來源：ROHM 官網)
＜名詞解釋＞
*1) GaN HEMT
GaN（氮化鎵）是一種用於新一代功率元件的化合物半導體材料。與一般半導體材料矽相比，具有更優異的物理性能，目前利用其高頻特性的應用也已陸續增加。
HEMT是High Electron Mobility Transistor（高電子遷移率電晶體）的英文首字母縮寫。
*2) 閘極-源極額定電壓（閘極耐壓）
可以在閘極和源極之間外加的最大電壓。
動作所需的電壓稱為驅動電壓，若外加高於特定閾值的電壓時，GaN HEMT將處於可動作的狀態。
