10月31日，安森美官微宣布推出垂直氮化鎵（vGaN）功率半導體，為相關應用的功率密度、能效和耐用性樹立新標桿。該技術在安森美紐約錫拉丘茲的工廠研發(fā)和制造，并已獲得涵蓋垂直GaN技術的基礎工藝、器件設計、制造以及系統(tǒng)創(chuàng)新的130多項全球專利。
圖片來源：安森美
據介紹，安森美的垂直氮化鎵技術采用單芯片設計，可應對1,200伏及以上高壓，高頻開關大電流，能效卓越?；谠摷夹g構建的高端電源系統(tǒng)能降低近50%的能量損耗，同時因其更高的工作頻率，因而電容器和電感等被動元件尺寸可縮減約一半。而且，與目前市售的橫向GaN器件相比，垂直氮化鎵器件的體積約為其三分之一。此外，安森美目前已開始向早期客戶提供700V和1200V器件樣品。
安森美是一家專注于推動能源效率和創(chuàng)新的半導體供應商。作為一家IDM（整合器件制造）公司，安森美在電源管理、傳感和連接等領域處于領先地位。公司致力于通過技術創(chuàng)新應對全球能源挑戰(zhàn)，其產品廣泛應用于汽車、工業(yè)、通信、醫(yī)療和消費電子等市場。近年來，安森美將戰(zhàn)略重心放在了智能化電源和智能化感知上，尤其在第三代半導體（如SiC和GaN）領域持續(xù)投入，是電動汽車和可再生能源市場的關鍵參與者。
垂直氮化鎵：開啟功率半導體新時代
傳統(tǒng)的氮化鎵功率器件多采用橫向結構（通常是GaN-on-Si，即在硅襯底上生長氮化鎵），電流沿芯片表面橫向流動。這種結構在高頻低壓應用中表現(xiàn)優(yōu)異，但在需要處理高電壓和大電流時，會受到限制。
垂直氮化鎵（vGaN）的核心特殊性在于采用了GaN-on-GaN技術，實現(xiàn)了垂直電流導通。一方面，垂直結構天然適合承受更高的電壓，因為擊穿電壓主要取決于垂直方向上的漂移層厚度，能更有效地應對1200V及以上的高壓；另一方面，電流垂直流動，使得器件設計更加緊湊，能在更小的芯片面積上處理更大的功率；并且，使用同質GaN襯底（GaN-on-GaN）可以顯著減少晶格失配引起的缺陷，提高器件的可靠性和耐用性。
總的來說，垂直GaN填補了橫向GaN和碳化硅（SiC）之間的應用空白，特別是在需要兼顧高壓、高頻和高功率密度的領域，是功率半導體領域的一次重大技術升級。
在應用場景方面，垂直氮化鎵技術尤其適合對功率密度、熱性能和可靠性有嚴苛要求的關鍵大功率應用領域。例如AI數據中心、電動汽車（EV）、可再生能源，以及航空航天等領域。
具體來看，應用在AI數據中心，可減少元器件數量，提高AI計算系統(tǒng)800V DC-DC轉換器的功率密度，顯著優(yōu)化單機架成本；
在電動汽車領域可以打造更小、更輕、更高效的逆變器，提升電動汽車續(xù)航里程；應用在充電基礎設施，可以實現(xiàn)更快、更小、更穩(wěn)健的充電設備；
應用在可再生能源，可以提升太陽能和風能逆變器的電壓處理能力，降低能量損耗；儲能系統(tǒng)（ESS）則為電池變流器和微電網提供快速、高效、高密度的雙向供電；
工業(yè)自動化領域可以開發(fā)體積更小、散熱性能更好、能效更高的電機驅動和機器人系統(tǒng)；在航空航天領域可以打造性能更強、穩(wěn)健性更高、設計更緊湊的方案。
結語
垂直GaN技術由于技術壁壘高，全球能實現(xiàn)突破的企業(yè)較少，安森美此次推出的垂直氮化鎵功率半導體是行業(yè)內的一個重要里程碑，它預示著GaN技術正從傳統(tǒng)的中低壓消費市場，逐步向高壓、大功率的工業(yè)、汽車和AI數據中心等核心基礎設施領域滲透，進一步加速全球電氣化和能效提升的進程。
（集邦化合物半導體 金水 整理）
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