厚积薄发，ST和Exagan开启GaN发展新篇章
时间：2021-09-06 15:23:42
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[导读]☝ 点击上方 “ 意法半导体PDSA”，关注我们氮化镓(GaN)是一种III-V族宽能隙化合物半导体材料，能隙为3.4eV，电子迁移率为1,700cm2/Vs，而硅的能隙和电子迁移率分别为1.1eV和1,400cm2/Vs。因此，GaN的固有性质让器件具有更...
☝ 点击上方 “ 意法半导体PDSA”，关注我们
氮化镓(GaN)
是一种III-V族宽能隙化合物半导体材料，能隙为3.4 eV，电子迁移率为1,700 cm2/Vs，而硅的能隙和电子迁移率分别为1.1 eV和1,400 cm2/Vs。因此，GaN的固有性质让器件具有更高的击穿电压和更低的通态电阻，这就是说，与同尺寸的硅基器件相比，GaN器件可以处理更大的负载，能效更高，物料清单成本更低。
在过去的十多年里，行业专家和分析人士一直在预测，基于GaN功率开关器件的黄金时期即将到来。与应用广泛的MOSFET硅功率器件相比，基于GaN的功率器件具有更高的效率和更强的功耗处理能力。这些优势正是当下高功耗高密度系统、大数据服务器和计算机所需要的。
选用困境
一方面，GaN器件的人气越来越高，频繁地出现在日常用品中，诸如手机充电器等终端产品的用户都开始探索、揭秘GaN，各类开箱、拆解视频在社交软件上层出不穷，许多大众科技媒体更是不遗余力地介绍GaN产品的好处。但另一方面，GaN器件的特性也意味着在使用它时，开发人员需要有更合理周密的设计，如更多地考虑栅极驱动，电压和电流转换速率，电流等级，噪声源和耦合布局考虑因素对导通和关断所带来的影响。因此，某些工业产品制造商仍会因担心潜在的PCB重新设计或采购问题而避免使用GaN。
ST和Exagan：把握先机的重要性
在看到GaN的发展潜力后，ST开始加强在这种复合材料上的投资和生态系统的开发。
2020年3月，ST收购了Exagan的大部分股权。Exagan是法国的一家拥有独特的外延层生长技术的创新型企业，是为数不多几家有能力在8吋(200mm)晶圆上大规模部署并制造GaN芯片的厂商。ST对Exagan的并购是其长期投资功率化合物半导体技术计划的一部分。此次收购提高了ST在汽车、工业和消费级高频大功率GaN的技术积累、有助于其开发计划和业务的扩大。通过与Exagan签署并购协议，ST将成为第一家产品组合有耗尽模式 / depletion-mode（D模式）和增强模式 / enhancement-mode（E模式）两种GaN器件的公司。D模式高电子迁移率晶体管（HEMT）采用“ 常开”芯片结构，具有一条自然导电通道，无需在栅极上施加电压。D模式是GaN基器件的自然存在形式，一般是通过共源共栅结构来集成低压硅MOSFET。另一方面，“ 常开”或E模式器件具有一条P-GaN沟道，需要在栅极施加电压才能导通。这两种模式都越来越多地出现在消费者、工业、电信和汽车应用中。
同年9月，ST发布了业内首个600 V 系统级封装MASTERGAN1, 该系列产品采用半桥拓扑集成一个栅极驱动器和两个增强式GaN晶体管，为设计高成本效益的笔记本、手机等产品电源提供了新的选择，是目前市场上首个且唯一的集成两个增强式GaN晶体管的系统级封装。
ST和Exagan：加快GaN的大规模应用
更大的晶圆，更高的规模经济效益一项新技术只有在保证生产效率的条件才能得到大规模应用。在本世纪初，半导体行业还在努力解决GaN晶体中的大量缺陷导致器件无法应用的问题，这的确在某种程度上取得了一些成就并改善了情况。然而，只有制造工艺不断改进，工程师才能切合实际地用GaN功率器件设计产品。Exagan的研发工作实现了这一点 ——在提高产品良率的同时还使用8吋晶圆加工芯片。
Exagan负责协调PowerGaN系统和应用生态系统的产品应用总监Eric Moreau解释说：“当我们开始创办Exagan时，就已经掌握了生长外延层的专业知识。但是我们的目标是想超越行业标准。当时，大家都在用6吋（150mm）的晶圆。如果能够克服8吋晶圆的挑战，我们将领先业界，将能提供大规模市场渗透所需的产品良率和规模经济效益。”
如何利用好现有CMOS晶圆厂无论采用哪一种技术，工程师第一个考虑的都是先获得厂商的供货保证，尤其是在设计产量很大的产品时。在获得Exagan的技术、外延工艺和专业知识后， ST现在正在将这项技术融入现有晶圆厂，而无需投入巨资采购专门的制造设备。工厂可以获得更高的产品良率，更快地提高产能 —— 这意味着成本效益更高的解决方案和可靠性更高的供应链指日可待。
ST和Exagan：技术的融合升级对行业的意义
厚积薄发工程师想要说服管理者采用GaN，就必须证明GaN的价值主张。理论参数固然重要，但决策者更看重现实价值。展示电路性能是设计团队解决这一挑战的方法之一。事实上，GaN器件可以大幅降低导通和开关损耗，进而降低冷却系统的物料清单成本。此外，更好的开关性能意味着可以使用更小更轻的无源元件，即电容和电感。更高的功率密度能够让工程师开发出更紧凑的系统（尺寸缩小到四分之一）。因此，即使比硅器件（MOSFET或IGBT）贵，GaN器件带来的好处仍然让其在竞争中处于优势。
通过并购Exagan公司，ST将拥有强大的GaN IP组合，将能够同时提供E型和D型两种GaN产品，制定明确的未来十年产品开发路线图。
ST的GaN业务部门经理Roberto Crisafulli表示：“通过引进Exagan独有的专业知识技术，ST进一步巩固了在GaN技术领域的地位。此举将有助于加强ST在新型复合材料功率半导体领域的世界领先地位。”
开路先锋四十年前，随着半导体行业开始用硅制造晶体管，硅被广泛用于电子产品。正是有了这样一个基础，硅器件的创新至今方兴未艾。如果制造商还看不到一项技术的某些积极的成果，他们就不能找到合适的理由推进这一项技术。通过整合和Exagan的技术，ST有信心为未来的GaN投资和创新奠定这一坚实的基础。简而言之，今日的GaN就是40年前的硅，目前虽然还只是锋芒初绽，但其发展潜力不可小觑。
END
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▷ 意法半导体MasterGaN®系列新增优化的非对称拓扑产品
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氮化镓(GaN)
是一种III-V族宽能隙化合物半导体材料，能隙为3.4 eV，电子迁移率为1,700 cm2/Vs，而硅的能隙和电子迁移率分别为1.1 eV和1,400 cm2/Vs。因此，GaN的固有性质让器件具有更高的击穿电压和更低的通态电阻，这就是说，与同尺寸的硅基器件相比，GaN器件可以处理更大的负载，能效更高，物料清单成本更低。
在过去的十多年里，行业专家和分析人士一直在预测，基于GaN功率开关器件的黄金时期即将到来。与应用广泛的MOSFET硅功率器件相比，基于GaN的功率器件具有更高的效率和更强的功耗处理能力。这些优势正是当下高功耗高密度系统、大数据服务器和计算机所需要的。
选用困境一方面，GaN器件的人气越来越高，频繁地出现在日常用品中，诸如手机充电器等终端产品的用户都开始探索、揭秘GaN，各类开箱、拆解视频在社交软件上层出不穷，许多大众科技媒体更是不遗余力地介绍GaN产品的好处。但另一方面，GaN器件的特性也意味着在使用它时，开发人员需要有更合理周密的设计，如更多地考虑栅极驱动，电压和电流转换速率，电流等级，噪声源和耦合布局考虑因素对导通和关断所带来的影响。因此，某些工业产品制造商仍会因担心潜在的PCB重新设计或采购问题而避免使用GaN。
ST和Exagan：把握先机的重要性
在看到GaN的发展潜力后，ST开始加强在这种复合材料上的投资和生态系统的开发。
2020年3月，ST收购了Exagan的大部分股权。Exagan是法国的一家拥有独特的外延层生长技术的创新型企业，是为数不多几家有能力在8吋(200mm)晶圆上大规模部署并制造GaN芯片的厂商。ST对Exagan的并购是其长期投资功率化合物半导体技术计划的一部分。此次收购提高了ST在汽车、工业和消费级高频大功率GaN的技术积累、有助于其开发计划和业务的扩大。通过与Exagan签署并购协议，ST将成为第一家产品组合有耗尽模式 / depletion-mode（D模式）和增强模式 / enhancement-mode（E模式）两种GaN器件的公司。D模式高电子迁移率晶体管（HEMT）采用“ 常开”芯片结构，具有一条自然导电通道，无需在栅极上施加电压。D模式是GaN基器件的自然存在形式，一般是通过共源共栅结构来集成低压硅MOSFET。另一方面，“ 常开”或E模式器件具有一条P-GaN沟道，需要在栅极施加电压才能导通。这两种模式都越来越多地出现在消费者、工业、电信和汽车应用中。同年9月，ST发布了业内首个600 V 系统级封装MASTERGAN1, 该系列产品采用半桥拓扑集成一个栅极驱动器和两个增强式GaN晶体管，为设计高成本效益的笔记本、手机等产品电源提供了新的选择，是目前市场上首个且唯一的集成两个增强式GaN晶体管的系统级封装。
ST和Exagan：加快GaN的大规模应用
更大的晶圆，更高的规模经济效益一项新技术只有在保证生产效率的条件才能得到大规模应用。在本世纪初，半导体行业还在努力解决GaN晶体中的大量缺陷导致器件无法应用的问题，这的确在某种程度上取得了一些成就并改善了情况。然而，只有制造工艺不断改进，工程师才能切合实际地用GaN功率器件设计产品。Exagan的研发工作实现了这一点 ——在提高产品良率的同时还使用8吋晶圆加工芯片。
Exagan负责协调PowerGaN系统和应用生态系统的产品应用总监Eric Moreau解释说：“当我们开始创办Exagan时，就已经掌握了生长外延层的专业知识。但是我们的目标是想超越行业标准。当时，大家都在用6吋（150mm）的晶圆。如果能够克服8吋晶圆的挑战，我们将领先业界，将能提供大规模市场渗透所需的产品良率和规模经济效益。”
如何利用好现有CMOS晶圆厂无论采用哪一种技术，工程师第一个考虑的都是先获得厂商的供货保证，尤其是在设计产量很大的产品时。在获得Exagan的技术、外延工艺和专业知识后， ST现在正在将这项技术融入现有晶圆厂，而无需投入巨资采购专门的制造设备。工厂可以获得更高的产品良率，更快地提高产能 —— 这意味着成本效益更高的解决方案和可靠性更高的供应链指日可待。
ST和Exagan：技术的融合升级对行业的意义厚积薄发工程师想要说服管理者采用GaN，就必须证明GaN的价值主张。理论参数固然重要，但决策者更看重现实价值。展示电路性能是设计团队解决这一挑战的方法之一。事实上，GaN器件可以大幅降低导通和开关损耗，进而降低冷却系统的物料清单成本。此外，更好的开关性能意味着可以使用更小更轻的无源元件，即电容和电感。更高的功率密度能够让工程师开发出更紧凑的系统（尺寸缩小到四分之一）。因此，即使比硅器件（MOSFET或IGBT）贵，GaN器件带来的好处仍然让其在竞争中处于优势。
通过并购Exagan公司，ST将拥有强大的GaN IP组合，将能够同时提供E型和D型两种GaN产品，制定明确的未来十年产品开发路线图。
ST的GaN业务部门经理Roberto Crisafulli表示：“通过引进Exagan独有的专业知识技术，ST进一步巩固了在GaN技术领域的地位。此举将有助于加强ST在新型复合材料功率半导体领域的世界领先地位。”
开路先锋四十年前，随着半导体行业开始用硅制造晶体管，硅被广泛用于电子产品。正是有了这样一个基础，硅器件的创新至今方兴未艾。如果制造商还看不到一项技术的某些积极的成果，他们就不能找到合适的理由推进这一项技术。通过整合和Exagan的技术，ST有信心为未来的GaN投资和创新奠定这一坚实的基础。简而言之，今日的GaN就是40年前的硅，目前虽然还只是锋芒初绽，但其发展潜力不可小觑。
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