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关于氮化镓器件的未来,英飞凌是这样看的

2018-12-07
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经过了多年的探索和研究之后,氮化镓(GaN)等宽禁带材料终于进入了大爆发前的最后冲刺阶段。面对这个十亿美元级别的市场,国内外厂商正在摩拳擦掌,纷纷推出新品,以求在这个市场与竞争对手一决高下。全球功率半导体供应商英飞凌也在近日宣布了他们在GaN方面的最新进展。


未来几年GaN市场的营收预测


按照英飞凌大中华区副总裁电源管理及多元化市场事业部负责人潘大伟的说法,他们推出的GaN增强模式高电子迁移率晶体管( E-HEMT )产品系列CoolGaN™非常适合高压下运行更高频率的开关,可以将整个系统的成本降低,可以做到更轻薄设计、功率密度扩展,使转换效率大大地提高。而一贯以来在电源产品方面的积累是英飞凌在GaN市场继续开拓的有力支柱。


英飞凌大中华区副总裁电源管理及多元化市场事业部负责人潘大伟


潘大伟表示,作为英飞凌四大业务之一的电源管理及多元化市场(简称PMM)是公司第二大的营收来源,这部分2017年的营收了公司当年总收入31%,仅次于汽车电子业务。具体下来,PMM的产品专注于三大领域,分别是射频、电源和传感器,其中电源产品的营收占比高达75%。这帮助他们的功率半导体业务走上了全球领先的位置。


以分立式功率MOSFET为例,英飞凌2017年在占了市场整体份额的26.3%,遥遥领先于第二名。


英飞凌PMM业务的市场表现


在硅市场取得出色成绩的英飞凌正在加快他们在宽禁带半导体市场的步伐。从潘大伟的极少中我们得知,英飞凌是市场上唯一一家能提供涵盖硅(Si)、碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等材料的全系列功率产品的公司。


英飞凌是唯一一家掌握所有高压电源技术的企业

 

作为宽禁带半导体材料(WBG)的代表,氮化镓拥有平面型的结构,与传统硅材料的垂直型的结构有木箱的不同;同时,硅的带隙是1.1电子伏特,氮化镓是3.4电子伏特,这就使得氮化镓GaN能够让器件在更高的电压、频率和温度下运行。这种材料的器件在上世纪60年代就被应用于LED产品中。直到最近才被电源类产品市场慢慢开始接受。


英飞凌科技奥地利股份有限公司电源管理与多元化事业部资深市场营销经理邓巍


英飞凌科技奥地利股份有限公司电源管理与多元化事业部资深市场营销经理邓巍告诉记者:“氮化镓主要定位成高功率、高电压的一些应用 ,比如从600V一直到3.3kv是氮化硅类比较合适应用的一些应用场景。氮化镓定位中央的低压产品,大概是100-600V左右。氮化镓的产品还有一个特性是能够在高频下无损耗地进行开关,比如说在特定地为氮化镓所采用的高频下的应用。”


英飞凌对不同材料器件的定位


最近推出的-600V CoolGaN 技术和Eice DRIVER 驱动芯片则是英飞凌针对GaN市场推出的新产品。


英飞凌氮化镓的优势


在问到英飞凌氮化镓产品的优势时,邓巍表示,这首先体现在其GaN制造商拥有完整的价值链。英飞凌拥有自主的研发能力,能够覆盖从前端到后端的自主研发,能够把整个氮化镓产业链在自己的工厂里面完成。“我们有自己的IP、研发、生产基地,和深入的投入,我们的目标是短期和远期的稳定性,这是对于一个全新的产品非常重要”,潘大伟强调。


英飞凌CoolGaN制造的价值链


其次,深厚的技术积累。


一方面,英飞凌拥有独一无二的常闭式概念解决方案,是获得最长使用寿命的理想之选;


邓巍告诉记者,P型氮化镓电阻栅,栅极电压超出正向电压时空穴注入。作为第三代半导体器件,如果不在栅极做任何的电压动作的话,它中间有一个二维电子器的层,中间会有电子在中间流动。作为一个常开型器件,很难被客户所应用和接受,因为大家无论是在硅,还是其他器件上,已经熟悉了常关型的理念。所以,英飞凌非常了解这个状况,并在技术细节和工艺上做了一些改动,在栅极加了P-,做出了一个市场比较容易理解的常关型器件。把P-引入之后,还能把表面的电子中和掉,这样可以从技术的根本来解决棘手的动态RDS(ON)问题,这也是为什么英飞凌可以在工艺领域领先的原因。这个结构只有英飞凌和松下可以用。邓巍强调。


英飞凌独有的常闭式概念解决方案


另一方面,采用贴片式(SMD)封装发挥GaN的最大效率。据介绍,贴片式封装的最大优势在于进深参数比较小,可以最大效率地发挥氮化镓的功能。


“我们引入的都是SMD的封装,区别在于热性能不同,顶部散热的话,它的热性能更好,当然它的体积更大。英飞凌可以根据不同的客户、不同的需求提供不同的产品给他们,有的客户要求散热性能更好,有的客户要求体积更小,我们分别提供不同封装的产品。”邓巍告诉半导体行业观察的记者。


其次,英飞凌有丰富的解决方案。


现在市场上GaN方案主要分成三种方式,分别是:分立式+外部驱动器;多片集成,开关和驱动虽然是不同的衬底,但是封装在同一个壳子里;单片集成,氮化镓的开关、驱动、其他器件作为同衬底的一个解决方案。


“现在市场上有不同的一些公司在着重不同的解决方案。关于成熟度来说,分立式器件是现在目前最成熟的一种解决方案。但是渐渐地,氮化镓可以在多片集成和单片集成中也体现出优势。而英飞凌的着重点是所有领域,因为英飞凌在氮化镓领域有一个很大的企图心,希望在所有领域都有所成长和贡献。”邓巍补充说。


英飞凌提供的完整的GaN解决方案


这也是英飞凌在推出GaN器件的同时推出Eice DRIVER 驱动芯片的原因。在邓巍看来,并不是所有的客户都有很好的研发能力来驱动氮化镓的产品,驱动不好就代表它的优势不能最大化。因此英飞凌自主研发了氮化镓的三款不同的驱动器,提供最佳稳健性。联合氮化镓的开关共同使用,能提供最好的效率和最小的研发投入。


在问到如定位硅、碳化硅和氮化镓的市场的时候。邓巍告诉半导体行业观察的记者:“目前,硅是主流,氮化镓和碳化硅是作为一种补充的方案, 在硅达不到的性能和指标的情况下,氮化镓和碳化硅开始发挥作用”,“这个材料有一个很大的特点,那就是高效能、高频率,在那些硅不能满足需求的应用,氮化镓可以去覆盖。未来硅和GaN的市场会同时发展”,潘大伟补充说。


文/半导体行业观察 李寿鹏


今天是《半导体行业观察》为您分享的第1789期内容,欢迎关注。

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