氮化镓的发展趋势及应用

2015-08-04 来源:DIGITIMES 我要评论(0) 字号:

全球消费者追求创新的电子产品并且希望产品可以更细小、更轻盈及更节能。氮化镓技术的发展可以满足这些需要之同时以非凡动力,创新纪元,为工程师提供具备更快速开关、更细小、更节能及更低成本的新一代氮化镓器件。

全新的氮化镓材料为目前的解决方案注入新生命,使得摩尔定律复活,替代目前的硅器件并为业界开拓意想不到的全新应用,替日常生活打造及开辟全新领域。这些全新应用包括5G无线通信、无线电源传送、虚拟现实眼镜、全自动汽车及先进医疗技术如无线心脏泵。

与硅器件相比,由于氮化镓的晶体具备更强的化学键,因此它可以承受比硅器件高出很多倍的电场而不会崩溃。这意味可以把晶体管的各个电端子之间的距离缩短10倍。实现更低的电阻损耗,以及电子具备更短的转换时间。总的来说,氮化镓器件具备更快速的开关、更低的功率损耗及更低的成本优势。

更优越的功率器件必须具备以下特性:器件需要具备更低的传导损耗、更低的阻抗;开关必须更快速并在硬开关应用中如降压转换器具备更低的损耗;更低的电容、更少充电及放电损耗;驱动器使用更少功率;器件更细小及更低的热阻。

宜普公司为工程师带来意想不到的全新领域的功率器件。在电阻方面,之前宜普在DC/DC转换器并联氮化镓场效应晶体管(eGaN FET)从而实现更高的输出电流。与第二代氮化镓器件相比,第四代eGaN FET可以大大降低阻抗,从而使得基于eGaN FET的DC/DC转换器具备更大电流及高功率密度。

最重要的是,eGaN FET可以双面散热,从而得以进一步提高其散热效率。至于从结点至外壳(RϴJC)的热阻,除了30 V的MOSFET具有与eGaN FET可比的热阻外,在更高压时,eGaN FET具备无可匹敌的散热性能。

目前已经有很多应用使用eGaN FET及利用它开发全新应用。有4种应用已经占去潜在市场的一半:无线电源传送、LiDAR、波峰追踪及DC/DC 1/8砖式转换器应用。

当无线传送的数据日益增加,需要先进技术把更多的数据bits放进每一个射频频道。这种技术提高功率放大器的峰值/平均功率的比率(PAPR)。波峰追踪技术可以在具有高PAPR比率的系统内使功率放大器实现最高效率。

在一个使用波峰追踪的系统内,一个高频DC/DC波峰追踪转换器替代电池或静态DC/DC转换器,从而追踪波峰信号,为功率放大器提供所需电压,可提高系统效率高达一倍。实现波峰追踪有很多不同方法但目的相同,使得功率转换器可以在超高频下工作,例如需要20 MHz频带才可以高效地追踪3G信号。

eGaN FET比先进的硅基MOSFET器件更细小及更高效。为了展示它如何实现更高功率密度、更低成本及更高效,宜普设计出一个全稳压型、隔离式1/8砖式转换器。

基于氮化镓器件、传统硬开关、全稳压型、使用中央抽头次级线圈的全桥式转换器。最好的全稳压型1/8砖式的输出功率为300 W,在满载条件下的效率大约是94.7%。采用eGaN FET的设计,在500 W可实现的满载条件下的效率为96.5%。在气流为400 LFM时,板上最高温度只是100°C,这是变压器。eGaN FET在500 W输出功率时的温度为91°C或更低 。

氮化镓器件可以改善其他应用包括提高MRI成像系统的解像度、使得D类音频放大器的成本更低而同时音质可以更高(因为eGaN FET具备快速开关的性能)、更节能的LED照明系统及更轻盈、快速操作的机械人。

当氮化镓器件进入硅器件的领域之同时,eGaN技术发展迅猛,可满足工程师的设计需要,提供更高效及性能更优越的器件。价格是封阻可替代硅MOSFET器件的氮化镓晶体管的普及化的最后一个壁垒,而目前价格已经下降。氮化镓器件的性能及更低的成本实现了以前不可能成真的趋势及应用,为半导体业界续写摩尔定律的辉煌。

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