雜談GaN技術

近期氮化鎵（GaN）功率元件的進展顯示，其運作範圍已大幅擴展至 40 V 以下的低電壓應用領域。由於具備良好的導通性能、成熟且廣為理解的製造製程，以及經驗證的可靠性，矽 MOSFET 長期以來主導此電壓範圍。

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可持續能源是當今全球的重要需求。發展中經濟體努力建設能源基礎設施以支持工業和為偏遠村莊供電。與此同時，工業化經濟體正在努力平衡對更大供電需求的相互衝突和減少對環境的影響。氮化鎵(GaN) 積體電路為設計人員提供具備更高功率密度、更高效和可使能新應用優勢的功率元件。隨著全球能源成本的上升，氮化鎵元件的普及急劇加快也就不足為奇了。

直到最近，要從音頻放大器獲得高品質的聲音需要花費數千美元，並且依賴於大型、笨重且耗電的 class-A 放大器。現在，氮化鎵（GaN）場效應管（FETs）和集成電路（ICs）的出現正引領著高品質、低成本 class-D 音頻放大器的時代。

基於氮化鎵 (GaN) 的解決方案結合數位控制和高性能磁性材料，可以提高效率、縮小尺寸並降低高密度計算應用（如超薄筆記型電腦和高端遊戲系統）的系統成本。

磚式DC-DC轉換器廣泛應用於數據中心、電信和汽車應用，將標稱48V匯流排轉換為（或從）標稱12V匯流排。氮化鎵（GaN）集成電路（IC）技術的進步使得半橋和閘極驅動器得以集成，從而形成單芯片解決方案，簡化了佈局、最小化面積並降低成本。

致謝 - 此應用說明和相關硬體是與德克薩斯大學奧斯汀分校的半導體電力電子中心 (SPEC) 合作開發的。

Efficient Power Conversion (EPC) 正在將老化的矽功率 MOSFET 和 eGaN® 電晶體之間的性能差距加倍至 200 V 等級。這些第五代新裝置的尺寸約為上一代的一半。這一性能提升主要來自於兩個設計上的差異，如圖 1 所示。左邊是第四代 200 V 增強模式 GaN-on-Si 工藝的橫截面。右邊的橫截面是第五代結構，閘極和源極電極之間的距離縮短，並新增了厚金屬層。這些改進，加上許多未顯示的改進，使新一代 FET 的性能翻倍。

GaN FETs 可以比 Si MOSFETs 切換得更快，這使得許多系統設計師會問−更快的切換速度如何影響 EMI？

除了性能和成本改進之外，GaN技術對電源轉換市場的最重大影響來自於其內在能力，可以在同一基板上集成多個設備。與標準的硅IC技術相比，GaN技術允許設計師以更簡單和更具成本效益的方式在單個芯片上實現單片電源系統。

這篇文章最初由 John Glaser 博士和 David Reusch 博士於 2016 年 6 月 13 日在 Power Systems Design 網站上發表。