本文由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS）編譯自financialpost

更小、更省、更穩(wěn)，vGaN功率器件來(lái)襲。

在人工智能數(shù)據(jù)中心、電動(dòng)汽車(chē)、可再生能源等領(lǐng)域快速發(fā)展的當(dāng)下，全球能源需求呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，部分大型AI 數(shù)據(jù)中心的耗電量已接近中小型城市水平，而電動(dòng)汽車(chē)與充電基礎(chǔ)設(shè)施的普及，進(jìn)一步提升了對(duì)高效能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的需求。當(dāng)前，電力消耗增速與高效發(fā)電、輸電能力的提升速度存在差距，能效優(yōu)化成為各行業(yè)技術(shù)發(fā)展中需要應(yīng)對(duì)的重要課題。在此背景下，安森美半導(dǎo)體（Onsemi）推出垂直氮化鎵（vGaN）功率半導(dǎo)體技術(shù)，該技術(shù)基于 GaN-on-GaN 架構(gòu)，在功率密度、轉(zhuǎn)換效率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面形成特色，為高能耗應(yīng)用領(lǐng)域提供了新的技術(shù)選擇。

安森美vGaN 技術(shù)的核心特征體現(xiàn)在襯底選擇與電流傳導(dǎo)方式上，與傳統(tǒng)氮化鎵器件存在差異。目前市面上多數(shù)商用氮化鎵（GaN）器件采用硅或藍(lán)寶石作為襯底，電流以橫向方式沿芯片表面?zhèn)鲗?dǎo)。這類架構(gòu)在電壓承受范圍、功率密度及熱穩(wěn)定性等方面存在一定限制，難以適配部分高電壓、大電流應(yīng)用場(chǎng)景。而安森美 vGaN 技術(shù)采用 GaN-on-GaN 方案，通過(guò)在氮化鎵襯底上生長(zhǎng)氮化鎵功能層，實(shí)現(xiàn)電流垂直流經(jīng)芯片本體的傳導(dǎo)模式。這種垂直架構(gòu)使該技術(shù)能夠處理 1200 伏及以上的電壓，且具備較快的開(kāi)關(guān)頻率，在極端溫度、復(fù)雜電磁環(huán)境等條件下可保持穩(wěn)定工作狀態(tài)，其熱穩(wěn)定性也得到了驗(yàn)證。從性能指標(biāo)來(lái)看，vGaN 器件在電壓承受能力、開(kāi)關(guān)頻率、可靠性和耐用性方面，相比硅基 GaN 和藍(lán)寶石基 GaN 器件具有一定優(yōu)勢(shì)，為功率電子設(shè)備的設(shè)計(jì)提供了更多可能性。

在安森美半導(dǎo)體位于紐約州錫拉丘茲的工廠生產(chǎn)的完全加工的GaN-on-GaN晶圓

在核心性能表現(xiàn)上，vGaN 技術(shù)呈現(xiàn)出三方面特點(diǎn)。其一，功率密度表現(xiàn)突出。借助垂直傳導(dǎo)架構(gòu)的空間利用優(yōu)勢(shì)，vGaN 器件可在較小的芯片面積內(nèi)處理較高電壓與較大電流。根據(jù)公開(kāi)信息，與市售主流橫向 GaN 器件相比，vGaN 器件的尺寸約為前者的三分之一，這一特點(diǎn)使終端設(shè)備在維持同等功率輸出的情況下，能夠進(jìn)行更緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，適用于對(duì)空間有嚴(yán)格限制的應(yīng)用場(chǎng)景。其二，能源轉(zhuǎn)換效率有所提升。通過(guò)優(yōu)化材料界面特性與器件結(jié)構(gòu)，vGaN 技術(shù)可將電力轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量損耗降低近 50%，這一變化能夠減少設(shè)備運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱量，既有助于提升能源利用效率，也可降低冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度與運(yùn)行能耗，為設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供支持。其三，利于系統(tǒng)集成的緊湊化。該技術(shù)的高開(kāi)關(guān)頻率特性，可使電容器、電感器等無(wú)源元件的尺寸得以縮小，同時(shí)減少組件使用數(shù)量，使電源系統(tǒng)在體積和重量上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，不僅有助于降低系統(tǒng)總成本，還能提升設(shè)備的便攜性與安裝靈活性。

vGaN 技術(shù)的研發(fā)與成熟，依托于安森美半導(dǎo)體長(zhǎng)期的技術(shù)投入。該技術(shù)由安森美半導(dǎo)體位于紐約州錫拉丘茲的研發(fā)團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)多年技術(shù)攻關(guān)，在基礎(chǔ)材料研究、器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝優(yōu)化及系統(tǒng)應(yīng)用驗(yàn)證等多個(gè)環(huán)節(jié)形成積累。截至目前，相關(guān)技術(shù)已獲得 130 多項(xiàng)全球?qū)＠采w基礎(chǔ)工藝、器件架構(gòu)、制造流程及系統(tǒng)應(yīng)用等領(lǐng)域，構(gòu)建了相應(yīng)的技術(shù)儲(chǔ)備。研發(fā)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)解決了在體氮化鎵襯底上生長(zhǎng)無(wú)缺陷氮化鎵層、垂直傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)中界面接觸電阻控制、熱擴(kuò)散優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，為 vGaN 器件的規(guī)?；a(chǎn)提供了技術(shù)支撐。安森美半導(dǎo)體企業(yè)戰(zhàn)略高級(jí)副總裁 Dinesh Ramanathan 表示，垂直氮化鎵技術(shù)將對(duì)行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生影響，有助于鞏固公司在能效相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)地位。隨著電氣化和人工智能在各行業(yè)的滲透，能效已成為技術(shù)進(jìn)步的重要評(píng)價(jià)維度，vGaN 技術(shù)納入公司功率產(chǎn)品組合后，可為客戶提供更多性能選擇，契合當(dāng)前行業(yè)對(duì)能效和功率密度的需求。

從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，vGaN 技術(shù)已在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出適配潛力。在人工智能數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，vGaN 器件可應(yīng)用于 800V 直流 - 直流轉(zhuǎn)換器，能夠減少組件數(shù)量、提升功率密度，進(jìn)而降低機(jī)架部署成本與運(yùn)行能耗，符合數(shù)據(jù)中心綠色運(yùn)營(yíng)的發(fā)展方向；在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，基于 vGaN 技術(shù)的逆變器具備體積小、重量輕、效率較高的特點(diǎn)，可降低車(chē)輛能耗，對(duì)延長(zhǎng)續(xù)航里程有積極作用，同時(shí)能夠簡(jiǎn)化整車(chē)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)；在充電基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，該技術(shù)可助力實(shí)現(xiàn)充電速度提升、設(shè)備體積縮小及耐用性增強(qiáng)，為用戶充電體驗(yàn)優(yōu)化和充電網(wǎng)絡(luò)普及提供支持；針對(duì)可再生能源系統(tǒng)，vGaN 器件的高電壓處理能力可降低太陽(yáng)能和風(fēng)能逆變器的能量損耗，有助于提升清潔能源的利用效率；在儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）中，該技術(shù)能夠?yàn)殡姵剞D(zhuǎn)換器和微電網(wǎng)提供雙向電力傳輸服務(wù)，其傳輸特點(diǎn)包括快速、高效、高密度，可增強(qiáng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的響應(yīng)速度與運(yùn)行穩(wěn)定性；在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，采用 vGaN 技術(shù)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和機(jī)器人設(shè)備，在體積、散熱及效率方面表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，能夠提升生產(chǎn)線設(shè)備運(yùn)行效率，降低工廠能耗成本；在航空航天、國(guó)防和安全領(lǐng)域，vGaN 技術(shù)的高性能、高穩(wěn)定性及緊湊設(shè)計(jì)特點(diǎn)，可滿足極端環(huán)境下的應(yīng)用需求，為相關(guān)裝備的技術(shù)升級(jí)提供支持。

目前，安森美半導(dǎo)體已啟動(dòng)vGaN 技術(shù)的市場(chǎng)化推進(jìn)工作，正向早期客戶寄送 700V 和 1200V 兩種規(guī)格的器件樣品，標(biāo)志著該技術(shù)從研發(fā)階段逐步向商業(yè)化落地過(guò)渡。作為功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)，vGaN 技術(shù)豐富了安森美半導(dǎo)體的高端產(chǎn)品體系，也為行業(yè)提供了新的技術(shù)解決方案。在能源利用日益受到重視的當(dāng)下，vGaN 技術(shù)帶來(lái)的能耗降低效果，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。隨著制造工藝的持續(xù)優(yōu)化與生產(chǎn)成本的合理控制，vGaN 技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景有望進(jìn)一步拓展，從高端工業(yè)領(lǐng)域逐步向更多領(lǐng)域滲透，為各行業(yè)的能效提升與技術(shù)升級(jí)提供支撐，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)向高效節(jié)能的方向發(fā)展。

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