享受電力沖浪！ST masterGaN? 平臺開啟更小、更輕、更快氮化鎵充電時代

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2022-03-17 08:55:15 2

超越摩爾定律，第三代半導(dǎo)體材料技術(shù)迎來高光時刻

進入 21 世紀以來，人工智能、5G、自動駕駛等新應(yīng)用的興起，對芯片性能提出了更高的要求，同時也推動了半導(dǎo)體制造工藝和新材料不斷創(chuàng)新。作為有可能超越摩爾定律的第三代半導(dǎo)體材料技術(shù)，迎來了它們的高光時刻。

第三代半導(dǎo)體材料又稱寬帶隙材料(Wide Bandgap Semiconductors)，是那些帶隙寬度較大（Eg≥2.3 eV）的半導(dǎo)體材料，主流的碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN），以及非主流的氧化鋅（ZnO）、金剛石和氮化鋁（AlN）是第三代半導(dǎo)體技術(shù)的主要代表。與*代和第二代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體除能隙較寬外，擊穿場強、導(dǎo)熱率、電子飽和速率和抗輻射性也很*。它們在制造高溫、高頻、抗輻射及大功率器件方面有優(yōu)勢，能夠滿足對更高能效能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的迫切需求。根據(jù)Omdia的《2020年SiC和GaN功率半導(dǎo)體報告》，到2020年底，全球SiC和GaN功率半導(dǎo)體的銷售收入預(yù)計達8.54億美元。未來十年將達年均兩位數(shù)增長率，到2029年將超過50億美元。

電動汽車、5G、大數(shù)據(jù)等諸多新型應(yīng)用給半導(dǎo)體材料帶來發(fā)展契機。在耗電量大的數(shù)據(jù)中心、各種各樣的充電器、即將取代內(nèi)燃機的電動汽車的牽引電機變頻器等應(yīng)用中，能效的提高都會減少石油、煤炭等傳統(tǒng)能源消耗產(chǎn)生的二氧化碳。新材料還推進了再生能源的大規(guī)模應(yīng)用，例如，寬禁帶功率半導(dǎo)體可以讓太陽能和風(fēng)力發(fā)電的效率更高。

另一方面，隨著基于 5G 的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）部署應(yīng)用，萬物互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模普及，數(shù)十億的用戶、機器和設(shè)備能夠?qū)崟r共享大量的數(shù)據(jù)、高分辨率圖像和高清視頻流，遠程手術(shù)、自動駕駛汽車、無人機送貨和許多其他具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用將從概念變?yōu)楝F(xiàn)實。除了受益于人工智能（AI）和機器學(xué)習(xí)外，這些發(fā)展成果也離不開處理性能更高、帶寬更高和延遲短的新材料。

引領(lǐng)創(chuàng)新，ST積極布局第三代半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用

20 世紀 90 年代初，ST從 2 吋晶圓開始一直在開發(fā)和推出 SiC MOSFET 晶體管和二極管，經(jīng)過多年長期投資，ST 獲得了相關(guān)核心制造工藝的關(guān)鍵專利。無論是在外延層、邊緣端接設(shè)計，還是柵極氧化層等方面，ST 的高壓晶體管和二極管制造專長對于幫助 ST率先成功開發(fā)SiC來說，功不可沒。如今 ST 已借勢發(fā)展成為新興電動汽車（EV）行業(yè)的重要 SiC 供應(yīng)商。ST 的 SiC 產(chǎn)品主要用于電動汽車車載充電、主逆變器、DC-DC變頻器以及工業(yè)驅(qū)動、光伏等應(yīng)用中。同時， ST仍致力于開發(fā)適用于 5G 基站和通信塔、功率開關(guān)、消費電子和工業(yè)充電器和電源適配器等應(yīng)用的GaN器件。目前硅襯底GaN射頻產(chǎn)品正在設(shè)計中，這將使ST能夠最大程度地擴大產(chǎn)品組合。
在SiC MOSFET方面，ST正在建立一個穩(wěn)定的供應(yīng)鏈：對瑞典Norstel AB的成功并購?fù)瓿闪艘淮瓮耆怪钡墓?yīng)鏈整合，與Cree、SiCrystal簽署長期晶圓供貨協(xié)議，同時也不斷擴大自有產(chǎn)能。如今，ST正將在SiC方面的成功延續(xù)到GaN領(lǐng)域，積極與產(chǎn)業(yè)鏈上下游開展一系列合作：收購氮化鎵創(chuàng)新企業(yè)Exagan的多數(shù)股權(quán)，采用臺積電*業(yè)界的GaN制造工藝，和Leti合作開發(fā)硅基氮化鎵功率轉(zhuǎn)換技術(shù)，與MACOM攜手合作提高硅基GaN產(chǎn)能，等等。 ST masterGaN®平臺問世：開啟更小、更輕、更快GaN充電時代

電源小型化趨勢已經(jīng)持續(xù)了幾十年，預(yù)計將會繼續(xù)賦能新的市場應(yīng)用。此外，提高功率密度是提高能效的關(guān)鍵，也是設(shè)計人員非常看重的一個參數(shù)指標。然而，如何實現(xiàn)更緊湊、更高效的電源解決方案，仍存在主要的技術(shù)限制。
GaN高電子遷移率晶體管技術(shù)作為一場新的創(chuàng)新浪潮，正在徹底改變電力工程*。GaN功率FET晶體管突破了普通硅基電力解決方案的性能限制，能夠?qū)崿F(xiàn)硅基MOSFET從未達到的高速、高效和更高功率密度，并賦能新的應(yīng)用市場。作為功率轉(zhuǎn)換市場數(shù)十載的領(lǐng)導(dǎo)者和先驅(qū)，ST利用其無與倫比的技術(shù)經(jīng)驗和系統(tǒng)專業(yè)知識，搭乘這一次新的創(chuàng)新浪潮，不斷推出新產(chǎn)品和解決方案，覆蓋更廣闊的市場應(yīng)用。
近日，ST推出**集成硅基半橋驅(qū)動芯片和一對GaN晶體管的產(chǎn)品平臺masterGaN®。該集成化解決方案將有助于加快下一代400W以下輕便節(jié)能的、用于消費電子和工業(yè)領(lǐng)域的充電器和電源適配器的開發(fā)速度。
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GaN技術(shù)使電子設(shè)備能夠處理更大功率，同時設(shè)備本身變得更小、更輕、更節(jié)能，這些改進將會改變用于智能手機的超快充電器和無線充電器、用于PC和游戲機的USB-PD緊湊型適配器，以及太陽能儲電系統(tǒng)、不間斷電源或高端OLED電視機和云服務(wù)器等工業(yè)應(yīng)用。
在當(dāng)今的GaN市場上，通常采用分立功率晶體管和驅(qū)動IC的方案，這要求設(shè)計人員必須學(xué)習(xí)如何讓它們協(xié)同工作，實現(xiàn)最佳性能。意法半導(dǎo)體的masterGaN方案繞過了這一挑戰(zhàn)，縮短了產(chǎn)品上市時間，并能獲得預(yù)期的性能，同時使封裝變得更小、更簡單，電路組件更少，系統(tǒng)可靠性更高。憑借GaN技術(shù)和意法半導(dǎo)體集成產(chǎn)品的優(yōu)勢，采用新產(chǎn)品的充電器和適配器比普通硅基解決方案縮減尺寸80％，減重70％, 充電速度提高2倍。
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masterGaN產(chǎn)品平臺獨特優(yōu)勢

意法半導(dǎo)體執(zhí)行副總裁、模擬產(chǎn)品分部總經(jīng)理Matteo Lo Presti表示：“ST獨有的masterGaN產(chǎn)品平臺是基于我們的經(jīng)過市場檢驗的專業(yè)知識和設(shè)計能力，整合高壓智能功率BCD工藝與GaN技術(shù)而成，能夠加快節(jié)省空間、高能效的環(huán)境友好型產(chǎn)品的開發(fā)。”

masterGaN1是意法半導(dǎo)體masterGaN平臺的*產(chǎn)品，集成兩個半橋配置的GaN功率晶體管和高低邊驅(qū)動芯片。masterGaN1采用9mm x 9mm GQFN封裝，厚度只有1mm，現(xiàn)已量產(chǎn)。此外，意法半導(dǎo)體還提供一個產(chǎn)品評估板，幫助客戶快速啟動電源產(chǎn)品項目。

免責(zé)聲明：本文轉(zhuǎn)載自“意法半導(dǎo)體中國”，本文僅代表作者個人觀點，不代表薩科微及行業(yè)觀點，只為轉(zhuǎn)載與分享，支持保護知識產(chǎn)權(quán)，轉(zhuǎn)載請注明原出處及作者，如有侵權(quán)請聯(lián)系我們刪除。

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