小巧、轻便、高效,安森美垂直GaN解锁功率器件应用更多可能
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小巧、轻便、高效,安森美垂直GaN解锁功率器件应用更多可能
关键词:安森美GaN功率器件
时间:2026-9-9 15:22:32 来源:安森美
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在传统横向结构的GaN器件中,电流沿芯片表面流动。而垂直GaN的GaN层生长在氮化镓衬底上,其独特结构使电流能直接从芯片顶部流到底部,而不是仅在表面流动。这种垂直电流路径让器件能够承受更高的电压和更大的电流,从而实现更高的功率密度、更高的效率和更紧凑的系统设计。
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在传统横向结构的GaN器件中,电流沿芯片表面流动。而垂直GaN的GaN层生长在氮化镓衬底上,其独特结构使电流能直接从芯片顶部流到底部,而不是仅在表面流动。这种垂直电流路径让器件能够承受更高的电压和更大的电流,从而实现更高的功率密度、更高的效率和更紧凑的系统设计。
垂直架构:功率技术新高度
• 垂直GaN创新:vGaN支持高电压和高频率运行,效率优于硅芯片
• 先进制造工厂:GaN研发工作在占地66,000平方英尺、配备GaN生产专用工具的洁净室设施中进行
• 专有GaN生长工艺:工程师借助安森美(onsemi)独特的专有技术,直接在GaN晶圆上生长GaN层
• 市场领先与发展进度:安森美率先实现vGaN技术规模化生产,目前已向早期客户提供700V和1,200V器件样品
什么是垂直GaN?
• 垂直GaN结构:GaN层生长在GaN衬底上,电流可以垂直流过芯片
• 更高性能:与横向GaN器件相比,可实现更高的电流密度和电压
• 出色的开关速度:支持的开关频率超越硅和碳化硅技术的能力范围
• 先进应用:非常适合用于人工智能数据中心、电动汽车充电桩与主驱逆变器,以及可再生能源系统
垂直GaN与横向GaN
功率性能比较:

vGaN正推动众多关键领域的创新和效率提升

安森美的垂直GaN赋能未来
• 人工智能数据中心:通过减小800V电源转换器的尺寸,提高计算密度
• 电动汽车:电动汽车充电速度更快,相关设备尺寸更小、效率更高
• 可再生能源:高效的太阳能逆变器和风能系统,减少能源浪费
• 航空航天:紧凑、坚固、可靠的高性能电源系统
安森美成功驾驭复杂技术,助力实现规模化创新
垂直GaN技术的重要进展:研究人员对这项技术的探索已逾15年。安森美实现垂直GaN的商业化,是制造领域的重要里程碑。
先进制造工艺:垂直GaN制造需要在块状衬底上生长厚实且无缺陷的GaN层,这一过程依赖精密外延生长技术和新型制造方法。
创新与专利组合:安森美拥有130多项相关专利,涵盖器件架构和加工工艺,展现其强大的创新能力和知识产权保护水平。

GaN的科学原理
纤锌矿结构 - 六方晶系的优势
高键合强度与低本征缺陷
垂直GaN晶体的生长和掺杂过程旨在提升其性能和可靠性,同时简化制造工艺。这一特性使垂直GaN有别于硅和碳化硅,成为未来高能效电子产品的战略材料。
六方晶系的优势:纤锌矿晶体结构提升性能
垂直GaN的六方纤锌矿晶体结构是其优异性能的基础。这一结构赋予其独特的电子特性,显著增强其耐高压能力,并有助于电源系统微型化。
这种晶系优势与pGaN和nGaN的制备方法使垂直GaN有别于传统材料,成为推动下一代电子产品性能提升的关键因素。
高精准度:垂直GaN在高温环境中表现稳定
垂直GaN通过高温生长工艺获得出色的稳定性和性能,为高能效、高可靠性电力电子技术的发展提供支撑。
垂直GaN器件能够承受超过1,200 V的电压。利用该技术,已经研制出额定电压达3,300V的器件。
Si、SiC和GaN材料参数
GaN在高频应用中表现出色

GaN-on-GaN具备高耐用性
与GaN-on-Si/GaN-on-SiC等横向器件相比,垂直结构的GaN-onGaN器件因其同质外延结构,天然具备更强的稳健性。

垂直GaN:简单的GaN-on-GaN三维结构
• 垂直GaN-on-GaN e-JFET提供了一种可扩展的高导电性功率开关
• JFET沟道利用GaN的高体迁移率,实现较低的整体RDS(ON)
• 器件结构具备稳健的边缘端接设计,可实现完整的雪崩防护能力

适用于各种应用的功率开关技术

安森美的垂直GaN技术不仅是一项技术突破。对于那些寻求在能效、电气化和先进制造领域占据领先地位的企业和国家而言,它更是一项战略资产。
能源需求:以高效率、高性能的电力电子器件满足AI和电动汽车市场日益增长的能源需求
性能和效率:相比传统解决方案,更小巧、更轻便、更高效;支持先进的产品设计
行业投资:为高能效电子产品提供竞争优势,同时具备技术前瞻性,能够满足未来市场需求
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