享受电力冲浪！ST masterGaN? 平台开启更小、更轻、更快氮化镓充电时代

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2022-03-17 08:54:15 0

超越摩尔定律，第三代半导体材料技术迎来高光时刻

进入 21 世纪以来，人工智能、5G、自动驾驶等新应用的兴起，对芯片性能提出了更高的要求，同时也推动了半导体制造工艺和新材料不断创新。作为有可能超越摩尔定律的第三代半导体材料技术，迎来了它们的高光时刻。

第三代半导体材料又称宽带隙材料(Wide Bandgap Semiconductors)，是那些带隙宽度较大（Eg≥2.3 eV）的半导体材料，主流的碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），以及非主流的氧化锌（ZnO）、金刚石和氮化铝（AlN）是第三代半导体技术的主要代表。与*代和第二代半导体材料相比，第三代半导体除能隙较宽外，击穿场强、导热率、电子饱和速率和抗辐射性也很*。它们在制造高温、高频、抗辐射及大功率器件方面有优势，能够满足对更高能效能量转换系统的迫切需求。根据Omdia的《2020年SiC和GaN功率半导体报告》，到2020年底，全球SiC和GaN功率半导体的销售收入预计达8.54亿美元。未来十年将达年均两位数增长率，到2029年将超过50亿美元。

电动汽车、5G、大数据等诸多新型应用给半导体材料带来发展契机。在耗电量大的数据中心、各种各样的充电器、即将取代内燃机的电动汽车的牵引电机变频器等应用中，能效的提高都会减少石油、煤炭等传统能源消耗产生的二氧化碳。新材料还推进了再生能源的大规模应用，例如，宽禁带功率半导体可以让太阳能和风力发电的效率更高。

另一方面，随着基于 5G 的物联网（IoT）部署应用，万物互联网大规模普及，数十亿的用户、机器和设备能够实时共享大量的数据、高分辨率图像和高清视频流，远程手术、自动驾驶汽车、无人机送货和许多其他具有挑战性的应用将从概念变为现实。除了受益于人工智能（AI）和机器学习外，这些发展成果也离不开处理性能更高、带宽更高和延迟短的新材料。

引领创新，ST积极布局第三代半导体技术应用

20 世纪 90 年代初，ST从 2 吋晶圆开始一直在开发和推出 SiC MOSFET 晶体管和二极管，经过多年长期投资，ST 获得了相关核心制造工艺的关键专利。无论是在外延层、边缘端接设计，还是栅极氧化层等方面，ST 的高压晶体管和二极管制造专长对于帮助 ST率先成功开发SiC来说，功不可没。如今 ST 已借势发展成为新兴电动汽车（EV）行业的重要 SiC 供应商。ST 的 SiC 产品主要用于电动汽车车载充电、主逆变器、DC-DC变频器以及工业驱动、光伏等应用中。同时， ST仍致力于开发适用于 5G 基站和通信塔、功率开关、消费电子和工业充电器和电源适配器等应用的GaN器件。目前硅衬底GaN射频产品正在设计中，这将使ST能够最大程度地扩大产品组合。
在SiC MOSFET方面，ST正在建立一个稳定的供应链：对瑞典Norstel AB的成功并购完成了一次完全垂直的供应链整合，与Cree、SiCrystal签署长期晶圆供货协议，同时也不断扩大自有产能。如今，ST正将在SiC方面的成功延续到GaN领域，积极与产业链上下游开展一系列合作：收购氮化镓创新企业Exagan的多数股权，采用台积电*业界的GaN制造工艺，和Leti合作开发硅基氮化镓功率转换技术，与MACOM携手合作提高硅基GaN产能，等等。 ST masterGaN®平台问世：开启更小、更轻、更快GaN充电时代

电源小型化趋势已经持续了几十年，预计将会继续赋能新的市场应用。此外，提高功率密度是提高能效的关键，也是设计人员非常看重的一个参数指标。然而，如何实现更紧凑、更高效的电源解决方案，仍存在主要的技术限制。
GaN高电子迁移率晶体管技术作为一场新的创新浪潮，正在彻底改变电力工程*。GaN功率FET晶体管突破了普通硅基电力解决方案的性能限制，能够实现硅基MOSFET从未达到的高速、高效和更高功率密度，并赋能新的应用市场。作为功率转换市场数十载的领导者和先驱，ST利用其无与伦比的技术经验和系统专业知识，搭乘这一次新的创新浪潮，不断推出新产品和解决方案，覆盖更广阔的市场应用。
近日，ST推出**集成硅基半桥驱动芯片和一对GaN晶体管的产品平台masterGaN®。该集成化解决方案将有助于加快下一代400W以下轻便节能的、用于消费电子和工业领域的充电器和电源适配器的开发速度。
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GaN技术使电子设备能够处理更大功率，同时设备本身变得更小、更轻、更节能，这些改进将会改变用于智能手机的超快充电器和无线充电器、用于PC和游戏机的USB-PD紧凑型适配器，以及太阳能储电系统、不间断电源或高端OLED电视机和云服务器等工业应用。
在当今的GaN市场上，通常采用分立功率晶体管和驱动IC的方案，这要求设计人员必须学习如何让它们协同工作，实现最佳性能。意法半导体的masterGaN方案绕过了这一挑战，缩短了产品上市时间，并能获得预期的性能，同时使封装变得更小、更简单，电路组件更少，系统可靠性更高。凭借GaN技术和意法半导体集成产品的优势，采用新产品的充电器和适配器比普通硅基解决方案缩减尺寸80％，减重70％, 充电速度提高2倍。
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masterGaN产品平台独特优势

意法半导体执行副总裁、模拟产品分部总经理Matteo Lo Presti表示：“ST独有的masterGaN产品平台是基于我们的经过市场检验的专业知识和设计能力，整合高压智能功率BCD工艺与GaN技术而成，能够加快节省空间、高能效的环境友好型产品的开发。”

masterGaN1是意法半导体masterGaN平台的*产品，集成两个半桥配置的GaN功率晶体管和高低边驱动芯片。masterGaN1采用9mm x 9mm GQFN封装，厚度只有1mm，现已量产。此外，意法半导体还提供一个产品评估板，帮助客户快速启动电源产品项目。

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