Transphorm最新技術(shù)白皮書:常閉耗盡型(D-Mode)與增強(qiáng)型(E-Mode)氮化鎵晶體管的優(yōu)勢對比

氮化鎵功率半導(dǎo)體產(chǎn)品的全球領(lǐng)先企業(yè)Transphorm, Inc.近日發(fā)布了題為『Normally-off D-Mode 氮化鎵晶體管的根本優(yōu)勢』的最新白皮書。該技術(shù)文獻(xiàn)科普了共源共柵 (常閉) d-mode氮化鎵平臺固有的優(yōu)勢。重要的是，該文章還解釋了e-mode平臺為實(shí)現(xiàn)常閉型解決方案，從根本上 (物理層面) 削弱了諸多氮化鎵自身的性能優(yōu)勢。

要點(diǎn)

白皮書介紹了 normally-off d-mode 氮化鎵平臺的幾個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢，包括：

1.性能更高：優(yōu)越的 TCR (~25%)，更低的動態(tài)與靜態(tài)導(dǎo)通電阻比 (~25%)，從而降低損耗，獲得更高的效率和更優(yōu)越的品質(zhì)因數(shù) (FOM)。

2.高功率級應(yīng)用更加容易：Transphorm d-mode 具有較高的飽和電流，而 e-mode 則必須通過并聯(lián)才能提供相同的電流，但這會導(dǎo)致功率密度和可靠性下降。

3.穩(wěn)健性且易驅(qū)動性：采用最穩(wěn)健的硅MOSFET SiO2柵極，不受 e-mode 的 p 柵極限制，可兼容硅基驅(qū)動器和控制器。 

Transphorm業(yè)務(wù)開發(fā)和營銷高級副總裁Philip Zuk表示，“長期以來，寬禁帶行業(yè)一直圍繞兩種不同架構(gòu)氮化鎵晶體管爭論高下——常閉型 d-mode和e-mode氮化鎵。我們最初進(jìn)入市場時(shí)，對這兩種技術(shù)路線都進(jìn)行了研究探討，最終決定采用常閉型d-mode解決方案，因?yàn)樵摲桨覆粌H最可靠，且具有最高的性能和廣泛的驅(qū)動器兼容性。而且，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，常閉型 d-mode具備更全面和長遠(yuǎn)的技術(shù)發(fā)展路線，而我們尚未在e-mode方案看到這一優(yōu)勢。本白皮書用意是在明確解釋我們?yōu)槭裁催@樣設(shè)計(jì)氮化鎵器件，從而幫助客戶更了解選擇氮化鎵器件時(shí)需要關(guān)注哪些性能指標(biāo)?！?/p>

十多年來，Transphorm 憑借最可靠的氮化鎵平臺成功引領(lǐng)行業(yè)，目前，Transphorm器件的現(xiàn)場運(yùn)行時(shí)間已超過 2000 億小時(shí)，覆蓋了從低功率到高功率系統(tǒng)最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。Transphorm公司不僅率先獲得 JEDEC 資格認(rèn)證，而且也是首家取得 AEC-Q101 (汽車級)認(rèn)證的企業(yè)，并率先發(fā)布 900V氮化鎵平臺。目前正在開發(fā)可用于 800 V 電動汽車電池應(yīng)用且已獲驗(yàn)證的1200 V平臺。

Transphorm 也展示了一款四象限開關(guān)開關(guān)管，在微型逆變器和雙向系統(tǒng)等目標(biāo)設(shè)計(jì)中可顯著減少器件使用數(shù)量（2～4個(gè)）。此外，Transphorm還實(shí)現(xiàn)了在氮化鎵器件上耐受5微秒的短路電路(SCCL)技術(shù)，有望可開啟數(shù)十億美元的電機(jī)控制和電動汽車動力應(yīng)用市場。

憑借著全方位的產(chǎn)品平臺，Transphorm器件已經(jīng)成功應(yīng)用于從數(shù)十瓦至7.5kW的設(shè)計(jì)及量產(chǎn)產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋計(jì)算(數(shù)據(jù)中心或網(wǎng)絡(luò)的電源、高性能游戲、高算力應(yīng)用、人工智能計(jì)算)、能源/工業(yè) (任務(wù)關(guān)鍵型UPS和微型逆變器) 以及消費(fèi)類適配器/快充電源(筆記本電腦、移動設(shè)備、家用電器)。而這個(gè)成就歸功于一開始即采用常閉型d-mode設(shè)計(jì)方案。

白皮書概要 

該技術(shù)文獻(xiàn)全面介紹了氮化鎵在物理特性方面自帶的優(yōu)勢特性以及常閉型d-mode 氮化鎵解決方案如何發(fā)揮最大的自身優(yōu)勢，用于創(chuàng)建具有更高可靠性、可設(shè)計(jì)性、可驅(qū)動性、可制造性和多樣性的卓越平臺。

本白皮書還特別探討了二維電子氣通道 (2DEG) 的作用。2DEG是氮化鎵 HEMT 異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中自發(fā)形成的自然現(xiàn)象，由于所有氮化鎵平臺 (包括e-mode) 本質(zhì)上都是常閉型d-mode 平臺，本文詳細(xì)說明了選擇 d-mode 或 e-mode的方式關(guān)斷器件，將如何影響2DEG 和整個(gè)平臺的性能 。

該白皮書還糾正了業(yè)內(nèi)常見的有關(guān)常閉型 d-mode 和 e-mode 器件性能的一些誤區(qū)。