第三代半导体材料GaN（氮化镓）将成为市场发展新动力

第三代半导体材料GaN（氮化镓）将成为市场发展新动力

根据Yole Développement（以下简称YD）公司近期发布的《功率GaN：外延、器件、应用及技术趋势-2017版》报告，2016年，全球功率GaN市场规模已经达到了1400万美元。相对于总规模达到惊人的300亿美元的硅功率半导体市场，功率GaN市场还显得很微不足道。不过，功率GaN技术凭借其高性能和高频解决方案适用性，短期内预计将展现巨大的市场潜力。

功率GaN技术凭借其高速转换性能，由高压驱动电池和DC-AC工厂自备辅助电源的充电，以及DC-DC buck向12V和未来48V电池的转变所带来的未来市场，都为GaN带来了无线可能。Transphorm公司等市场主要厂商已经获得了汽车应用产品认证，这将使EV/HEV（电动汽车/混合动力汽车）领域的GaN应用最终获得放量。

Transphorm公司是一家全球化的半导体公司，为高压功率转换应用开发了完整认证的650 V GaN功率器件。据麦姆斯咨询报道，近日Transphorm公司刚刚获得了Yaskawa公司（安川电机）的1500万美元投资。在此背景下，Yole和Transphorm公司技术营销副总裁Philip Zuk先生取得了对话，共同探讨了Transphorm公司近期的新动向和未来前景，以及全球GaN产业的发展趋势。

2016~2022年按应用细分的GaN功率器件市场

（引自：《功率GaN：外延、器件、应用及技术趋势-2017版》）

YD：请您介绍一下Transphorm的历史及主要产品。

Philip Zuk（以下简称PZ）：Transphorm公司的创始人Primit Parish和Umesh Mishra早年创办并成功运营了一家名为Nitres的GaN LED公司，在Nitres被Cree（科锐）收购后，2007年，两人便联合创办了Transphorm公司。十年来，Transphorm公司一直专注于将高压（HV）GaN FET（场效应晶体管）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、制造和销售业内顶级品质和可靠性的GaN技术产品。2013年，Transphorm公司推出了业内唯一经过JEDEC认证的GaN器件。2017年3月，我们又继续引领产业，推出了市场上仅有的一款经过AEC-Q101认证的650V车用GaN器件。

Transphorm公司经AEC-Q101认证的FET器件TPH3205WSBQA

Transphorm公司的独特优势包括：

- 业内唯一能够供应经JEDEC和AEC-Q101认证的技术和产品；

- 拥有业内规模最大的GaN技术专利组合；

- 最丰富的器件/封装解决方案供应能力；

- 终端客户产品已经量产的GaN供应商之一；

- 拥有较完整的外延（EPI）、设计和器件制造工艺价值链：这为Transphorm公司提供了多种抓手，使其GaN平台的品质、可靠性及性能得到最大化。

YD：您能跟我们分享一下Transphorm公司近期在GaN技术领域的最新突破吗？Transphorm公司是否会制造并认证1200V的GaN器件？

PZ：我们正在努力推出我们的第三代常闭GaN FET技术。该技术的阈值将提高到4.0V，提高了其抗噪能力和器件性能，无需负栅极驱动，并且相比上代产品降低了整体成本。新一代GaN技术可提供传统的通孔封装（through-hole packages， TO-XXX），以及表面贴装分立封装（SMD）。

与此同时，Transphorm正在基于我们常闭共源共栅GaN FET——金属绝缘高电子迁移晶体管（Metal Insulated High Electron Mobile Transistor）D-Mode器件，开发一种E-Mode技术。这种GaN器件的结构有别于目前市场上其它供应商的E-Mode器件。

YD：Transphorm公司相对GaN产业的其它厂商，优势有哪些？

PZ：我们的优势很多，如上所述，我们拥有覆盖完整价值链的垂直整合业务模式，包括EPI、设计、制造以及应用支持，使我们能够在产品开发的各个阶段实现创新，从而带来更高的产品品质和可靠性。

我们也创造了很多业内首创且唯一的里程碑。Transphorm公司设计并制造了业内唯一获JEDEC认证的GaN产品，并有公开数据支持的产品寿命和可靠性（HTOL、HVOS、HTDC）。我们还设计并制造了唯一获得AEC-Q101认证的GaN平台，能够满足汽车产业的高标准要求。

我们的GaN技术能够提供市场上最高的电压阈值（4.0V）和最高的抗噪性能。

相比竞争产品，我们提供的标准易用型TO-xxx封装产品，在功率输出方面提高了40%。我们还针对高侧和低侧位置，分别提供漏极和源极SMD器件。

最后，Transphorm公司的GaN已经在大规模生产中应用，有些产品已经公开发布（服务器、伺服电机、电源功率级、GaN设计模组等）。

YD：您感觉汽车市场是否已经准备好采用GaN技术了？您认为什么市场是推动GaN应用的主要驱动力？

PZ：我不太确定。目前，几乎所有的市场我们都有了早期采用者，但是还有更多的“跟随者”仍在观望，等待合适的时机迅速切入。而这个合适的时机，考量的因素是多方面的，主要包括：

- 质量和可靠性

- 多供应商机制所带来的机遇

- 对技术的认知（已准备就绪）

- 采用GaN技术的经验（硬件和固件开发）

- GaN技术研究的技术资源

- 相对现有技术，对GaN技术优势的了解

- 从“系统成本”而非部件成本，了解GaN技术

GaN是一种源自RF（射频）和LED领域的横向器件，因此，它对于功率电子工程师来说是一种新事物。教育和培训是应用的关键，这也是我们为什么一直在打造设计资源库，并和客户紧密合作以支持它们设计开发的原因。我们还开发并制造了评估套件，并将推出多款参考设计，以帮助设计人员更从容地采用GaN技术进行产品开发。

谈到市场驱动力，我认为或将是500 V或以上的某种商用供电市场。

Transphorm公司开发的Totem Pole PFC（4kW）评估套件

YD：如今，大代工厂正在涉足GaN市场。您如何评价功率电子产业的标准IDM模式和Fabless模式？

PZ：就GaN技术开发和产品上市要求的资本消耗率、资源规模而言，这两种模式都各具优势。Fabless模式的短板是需要采用其它厂商的标准工艺，或将带来很多麻烦。这或将导致GaN器件供应商在性能、质量或可靠性方面进行一定的妥协。

我们也知道所有FET技术的“秘方”主要在EPI。因此，围绕EPI的控制和专利不仅对于开发单个平台很关键，对于长期的技术发展也至关重要。

就目前市场上的E-Mode技术而言，在产品层面还没有任何换代级别的提升或改变。掌握工艺、EPI和设计，不仅可以使供应商长期地对技术进行微调，还可以提高或降低供应电压。这是针对现有解决方案，打造突破性技术的真正最有效的方法。

我们已经选择了一家代工厂合作伙伴，这条工艺线上的工程师是我们Transphorm公司自己的员工。这使我们在控制质量的同时，还能获得第一手经验，帮助我们开发新一代产品时，在制造层面优化技术。

YD：Transphorm未来5年的前景如何？将会有哪些重要的发展？

PZ：Transphorm的前景令人兴奋！如果我把我们计划的未来都剧透光了，还有什么惊喜可言？尽请期待，Transphorm在不远的将来会带来更多激动人心的产品。”