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[导读]基于多年积累的丰富半导体生产工艺技术,罗姆开发了颠覆传统的氮化镓品牌——EcoGaN™系列产品,旨在进一步实现应用产品的节能和小型化。为了让大家全面地了解这一品牌,以及基于EcoGaN™系列的创新型电源解决方案,近日罗姆半导体(北京)有限公司技术中心总经理水原德健先生在媒体沟通会上对其进行了详细的介绍,并分享了相关领域的市场趋势与技术发展。

近年来,在新能源汽车、工业互联网、5G通信,以及消费电子等领域的需求拉动下,以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)等为代表的第三代半导体,凭借各自高频、高压等诸多优势异军突起,成为了备受关注的下一个技术方向。

作为全球知名的半导体制造商,ROHM(罗姆)自然也观察到了氮化镓和碳化硅市场的发展前景,并且已经着手布局了相关产品线,蓄足力量迎接市场的强劲增长。基于多年积累的丰富半导体生产工艺技术,罗姆开发了颠覆传统的氮化镓品牌——EcoGaN™系列产品,旨在进一步实现应用产品的节能和小型化。

为了让大家全面地了解这一品牌,以及基于EcoGaN™系列的创新型电源解决方案,近日罗姆半导体(北京)有限公司技术中心总经理水原德健先生在媒体沟通会上对其进行了详细的介绍,并分享了相关领域的市场趋势与技术发展。

立足技术,潜心研发

据了解,罗姆在电源领域的产品覆盖了从功率器件到驱动IC,再到功率模块和电阻等。这其中,在功率器件方面,罗姆不仅拥有硅、碳化硅和氮化镓等主流的半导体材料相关产品,还有IGBT、SJ-MOSFET、SBD和FRD等其它功率半导体器件。而罗姆研发氮化镓相关产品,最早可以追溯到2006年。

罗姆EcoGaN™系列创新方案,让电源设计更高效节能!

(罗姆在电源领域的举措)

据水原德健介绍,氮化镓是一种重要的功率半导体材料,与硅和碳化硅相比,虽然它们具有许多相似的特性,但氮化镓的禁带宽度更宽,击穿电场强度更高,电子饱和速度更快。

“要知道,电子饱和速度快,意味着电子和空穴的复合更快,也就是开关速度更快。而开关速度的提升,又意味着可以实现更高频率的应用,并且损耗更小。相比之下,氮化镓在开关速度和频率方面均优于硅,这也是氮化镓的优点所在。”水原德健解释说。

罗姆EcoGaN™系列创新方案,让电源设计更高效节能!

(一次电源市场需求)

另外,罗姆认为,消费电子、工业和数据中心应用已成为功率器件增长的催化剂,但这些应用所产生的功耗也将不可避免地迅速提升。而在电源中使用高电源转换效率的氮化镓,不仅可以显著减少能源消耗,还能有效满足缩小应用尺寸和厚度的行业发展要求,为节能环保做出贡献。因此,罗姆希望通过开发出EcoGaN™系列产品,可以更大程度地发挥氮化镓的性能,实现氮化镓的稳定控制。

罗姆EcoGaN™系列创新方案,让电源设计更高效节能!

(EcoGaN™系列产品简介)

为了满足不同领域的使用要求,罗姆EcoGaN™系列的器件有150V耐压的GaN HEMT和650V耐压的GaN HEMT两种产品。虽然两者采用的都是氮化镓,但技术特性和应用范围却略有不同。

其中,150V GaN HEMT早在2022年就已经量产了,凭借其独特的结构,罗姆成功地将栅极-源极额定电压从普通GaN产品的6V提高到8V,提升了GaN器件电源电路的设计裕度和可靠性。

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(150V GaN HEMT概要)

而650V GaN HEMT则是2023年4月实现量产的,通过内置ESD保护元件,其稳定性和可靠性更胜一筹。

罗姆EcoGaN™系列创新方案,让电源设计更高效节能!

(650V GaN HEMT概要)

锐意革新,永不止步

在产品革新的道路上,罗姆永不止步。为了充分提高GaN HEMT的低损耗和高速开关性能,使器件应用更加稳定可靠,罗姆不仅注重提高GaN HEMT单体的性能,还不断改进驱动技术和控制技术,让GaN器件在各种应用中进一步普及。

据悉,罗姆为了挑战DC-DC转换器的“单芯片化”问题,开发了超高速脉冲控制技术“Nano Pulse Control™”,成功地将控制脉冲宽度从以往的9ns缩短到2ns的业界超高水平,并通过与GaN HEMT组合实现了高速开关。

罗姆EcoGaN™系列创新方案,让电源设计更高效节能!

(GaN器件与Si器件电源电路尺寸比较)

在具体产品方面,为了让客户更好、更方便地应用氮化镓,罗姆还通过结合其擅长的功率和模拟两种核心技术优势,开发了集650V GaN HEMT和栅极驱动用驱动器等于一体的EcoGaN™ Power Stage IC“BM3G0xxMUV-LB”。由于该产品运用了“超高速驱动控制”IC技术,因此可以更大程度地激发出GaN器件性能。

简单来说,该产品主要具有三个优势:一是,通过将IC用作Power Stage电路,可以轻松安装GaN器件;二是,由于支持更宽的驱动电压范围(2.5V~30V),并且拥有支持一次侧电源各种控制器IC的性能,因此可以替换现有的功率半导体电路;三是,开关损耗更低,有助于应用产品的进一步节能和小型化。

根据官方提供的数据显示,与Si MOSFET相比,罗姆推出的Power Stage IC可使器件体积缩小99%,功率损耗降低55%。可以说,这一解决方案对减少数据服务器等工业设备和AC适配器等消费电子设备的体积及损耗非常有效。

罗姆EcoGaN™系列创新方案,让电源设计更高效节能!

(EcoGaN™ Power Stage IC简介)

然而,以上介绍的技术和产品,还只是罗姆的冰山一角。据水原德健透露,今后,随着GaN器件的性能进一步提高和阵容扩充,罗姆还将持续推进用于驱动GaN HEMT的、内置控制器的器件和模块的开发,进一步加强电源解决方案。

罗姆EcoGaN™系列创新方案,让电源设计更高效节能!

(EcoGaN™相关产品的产品路线图)

可以想象,在罗姆擅长的功率和模拟两大核心技术的加持下,未来的电源技术将会朝着更高的性能跨进。届时,希望这些产品能给IC行业带来不一样的惊喜。

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