GaNの話

人工知能（AI）、ロボット、そして宇宙システムが、パワー・エレクトロニクスの可能性を再定義する中、窒化ガリウム（GaN）技術は変革を牽引し続けています。英Electronic Product Design & Test（EPDT）誌との最近のインタビューで、EPCのCEO（最高経営責任者）で共同創立者であるDr. Alex Lidow（アレックス・リドウ）は、GaNが半導体業界をどのように変革しているのか、そして急速に進化するこの技術の今後について、自身の見解を語りました。

太陽光発電（PV）システムに対する世界的な需要が高まるにつれて、メーカーは、信頼性を損なうことなくコストを低減しなければならないというプレッシャに直面しています。特に商業用や住宅用のPVシステムでは、これらの目標を達成するために革新的な技術が不可欠です。これらのシステムは通常、マイクロインバータとストリング・インバータの2つの主な構成に分類されます。

窒化ガリウム（GaN）は、効率を高め、システムのサイズと重さを大幅に削減し、シリコンでは達成できなかったまったく新しいアプリケーションを可能にする技術として登場しました。では、なぜGaNについて多くの神話がいまだに広まっているのでしょうか、事実は何でしょうか？

GaNに関する非常に多くの誤った情報が残っている理由の1つは、既存のシリコン技術のサプライヤが、潜在的なGaNユーザーを思いとどまらせるために、信頼性の問題、設計上の課題、高い価格、信頼性の低いサプライ・チェーンなどの噂を含む脅迫戦術を使っていることです。

これらの攻撃にもかかわらず、GaNは、Lidar（光による検出と距離の測定）などのアプリケーションを可能にするだけでなく、データセンターや車載用電子機器など、以前はシリコンMOSFETが支配的な地位を占めていた従来のアプリケーションにも受け入れられ続けています。この記事では、GaNに関する最も一般的な神話を暴き、GaN FETとGaN ICが電力変換で置換のサイクルをどのように生み出しているかを示します。

モビリティは、すべての経済において推進要因ですエレクトロモビリティ（またはイーモビリティ）は、地球にダメージを与える非効率的なモーターや化石燃料燃焼エンジンのように環境ストレスに影響することなく、商業用ギアを磨き続けるためのクリーンでインパクトのある方法です。高効率で小型なモーター駆動の設計に対する需要は、ますます高まっています。このトレンドをサポートする競争力のある環境に優しい代替案を迅速に開始するために、イーモビリティ用途向けのEPCのGaNベースのモーター駆動用リファレンス・デザイン

48 Vは、AI（人工知能）システム、データセンター、マイルドハイブリッド電気自動車など、多くのアプリケーションで採用されています。ただし、従来の12 Vのエコシステムが依然として支配的であるため、12 Vから48 Vへの高電力密度のブースト（昇圧型）・コンバータが必要です。eGaN^® FETの高速スイッチングと低オン抵抗R_DS(on) は、この課題に対処することに役立ちます。このブログでは、ルネサス エレクトロニクスのeGaN FET互換コントローラIC のISL81807によって直接駆動されるeGaN FETを使った12 V入力、48 V、500 W出力のDC-DCパワー・モジュールの設計をシンプルで低コストの同期ブースト構成の中で評価します。.

クラウド・コンピューティングやビッグデータ処理への需要が劇的に増加していることから、米国のデータセンターの電力消費量は、2020年までに730億kWhに達すると予測されています [1]。これは、米国全体の電力消費量の約10％を占めます。この消費の大部分は、非効率な電力供給アーキテクチャによる損失によって引き起こされ、改善のために大きな注意を払わなければなりません [2],[3]。

Michael de RooijとAlana Nakataの共著、Efficient Power Conversion

以下で発表しました：PCIM Europe 2017; International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management; Proceedings of

ランド・グリッド・アレイ（LGA）、および／またはボール・グリッド・アレイ（BGA）の形態として、従来とは異なるチップスケール・パッケージ（CSP）に収めたeGaN FETは、さまざまなアプリケーションにわたって同等のMOSFETよりも電力密度と効率特性が高いというデモを繰り返し示されています [¹,²]。これらの特性改善は、不要な寄生要素を最小限に抑える適切なレイアウト方法が広範にわたって文書化されています[¹,³]。eGaN FETが市場に初めて投入されて以来7年間、フィールドで実際に使われた合計170億時間以上で、合計127個のデバイスの不具合がありました。そのうちの75個は、アセンブリ技術が不十分だったか、プリント回路基板の設計がうまくなかったことによるものでした [⁴]。設計者は、製造しやすさに影響するプリント回路基板の設計ルールにもっと精通しなければなりません。MOSFETに比べて、比較的サイズが小さいために許容度があまり大きくありません。この論文では、eGaN FETの性能を最大限に引き出すためのプリント回路基板設計のさまざまなガイドラインと、いまだに既存のプリント回路基板の製造能力に依存する信頼性について説明します。

Gallium nitride (GaN) is a better semiconductor than silicon. There are many crystals that are better than silicon, but the problem has always been that they are far too expensive to be used in every application where silicon is used. But, GaN can be grown as an inexpensive thin layer on top of a standard silicon wafer enabling devices that are faster, smaller, more efficient, and less costly than their aging silicon counterparts.

Televisions can get their content wirelessly, but there is one set of wires they still need: those in their power cord. The consumer electronics industry has floated ideas for freeing TVs from their power cords, but this goal remains elusive. There are several reasons, such as the difficultly of meeting high-power requirements for large-screen TVs and the need for identifying an economical technology. Nevertheless, eGaN FETs could play a role in making TVs truly cordless devices.

The previous installment in this series focused on the physics of failure surrounding thermo-mechanical reliability of EPC eGaN® wafer level chip-scale packages. A fundamental understanding of the potential failure modes under voltage bias is also important. This installment will provide an overview of the physics of failure associated with voltage bias at the gate electrode of gallium nitride (GaN) field effect transistors (FETs). Here we look at the case of taking the gate control voltage to the specified limit and beyond to investigate how eGaN FETs behave over a projected lifetime.