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享受電力沖浪!ST MasterGaN? 平臺開啟更小、更輕、更快氮化鎵充電時代

發(fā)布時間:2022-03-17作者來源:薩科微瀏覽:1649

 
           超越摩爾定律,第三代半導(dǎo)體材料技術(shù)迎來高光時刻  
     
  進(jìn)入 21 世紀(jì)以來,人工智能、5G、自動駕駛等新應(yīng)用的興起,對芯片性能提出了更高的要求,同時也推動了半導(dǎo)體制造工藝和新材料不斷創(chuàng)新。作為有可能超越摩爾定律的第三代半導(dǎo)體材料技術(shù),迎來了它們的高光時刻。


第三代半導(dǎo)體材料又稱寬帶隙材料(Wide Bandgap Semiconductors),是那些帶隙寬度較大(Eg≥2.3 eV)的半導(dǎo)體材料,主流的碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN),以及非主流的氧化鋅(ZnO)、金剛石和氮化鋁(AlN)是第三代半導(dǎo)體技術(shù)的主要代表。與[敏感詞]代和第二代半導(dǎo)體材料相比,第三代半導(dǎo)體除能隙較寬外,擊穿場強(qiáng)、導(dǎo)熱率、電子飽和速率和抗輻射性也很出色。它們在制造高溫、高頻、抗輻射及大功率器件方面有優(yōu)勢,能夠滿足對更高能效能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的迫切需求。根據(jù)Omdia的《2020年SiC和GaN功率半導(dǎo)體報告》,到2020年底,全球SiC和GaN功率半導(dǎo)體的銷售收入預(yù)計達(dá)8.54億美元。未來十年將達(dá)年均兩位數(shù)增長率,到2029年將超過50億美元。


電動汽車、5G、大數(shù)據(jù)等諸多新型應(yīng)用給半導(dǎo)體材料帶來發(fā)展契機(jī)。在耗電量大的數(shù)據(jù)中心、各種各樣的充電器、即將取代內(nèi)燃機(jī)的電動汽車的牽引電機(jī)變頻器等應(yīng)用中,能效的提高都會減少石油、煤炭等傳統(tǒng)能源消耗產(chǎn)生的二氧化碳。新材料還推進(jìn)了再生能源的大規(guī)模應(yīng)用,例如,寬禁帶功率半導(dǎo)體可以讓太陽能和風(fēng)力發(fā)電的效率更高。

 

另一方面,隨著基于 5G 的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)部署應(yīng)用,萬物互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模普及,數(shù)十億的用戶、機(jī)器和設(shè)備能夠?qū)崟r共享大量的數(shù)據(jù)、高分辨率圖像和高清視頻流,遠(yuǎn)程手術(shù)、自動駕駛汽車、無人機(jī)送貨和許多其他具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用將從概念變?yōu)楝F(xiàn)實。除了受益于人工智能(AI)和機(jī)器學(xué)習(xí)外,這些發(fā)展成果也離不開處理性能更高、帶寬更高和延遲短的新材料。


引領(lǐng)創(chuàng)新,ST積極布局第三代半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用  
     
  20 世紀(jì) 90 年代初,ST從 2 吋晶圓開始一直在開發(fā)和推出 SiC MOSFET 晶體管和二極管,經(jīng)過多年長期投資,ST 獲得了相關(guān)核心制造工藝的關(guān)鍵專利。無論是在外延層、邊緣端接設(shè)計,還是柵極氧化層等方面,ST 的高壓晶體管和二極管制造專長對于幫助 ST率先成功開發(fā)SiC來說,功不可沒。如今 ST 已借勢發(fā)展成為新興電動汽車(EV)行業(yè)的重要 SiC 供應(yīng)商。ST 的 SiC 產(chǎn)品主要用于電動汽車車載充電、主逆變器、DC-DC變頻器以及工業(yè)驅(qū)動、光伏等應(yīng)用中。同時, ST仍致力于開發(fā)適用于 5G 基站和通信塔、功率開關(guān)、消費電子和工業(yè)充電器和電源適配器等應(yīng)用的GaN器件。目前硅襯底GaN射頻產(chǎn)品正在設(shè)計中,這將使ST能夠[敏感詞]地擴(kuò)大產(chǎn)品組合。  
  在SiC MOSFET方面,ST正在建立一個穩(wěn)定的供應(yīng)鏈:對瑞典Norstel AB的成功并購?fù)瓿闪艘淮瓮耆怪钡墓?yīng)鏈整合,與Cree、SiCrystal簽署長期晶圓供貨協(xié)議,同時也不斷擴(kuò)大自有產(chǎn)能。如今,ST正將在SiC方面的成功延續(xù)到GaN領(lǐng)域,積極與產(chǎn)業(yè)鏈上下游開展一系列合作:收購氮化鎵創(chuàng)新企業(yè)Exagan的多數(shù)股權(quán),采用臺積電領(lǐng)先業(yè)界的GaN制造工藝,和Leti合作開發(fā)硅基氮化鎵功率轉(zhuǎn)換技術(shù),與MACOM攜手合作提高硅基GaN產(chǎn)能,等等。           ST MasterGaN®平臺問世:開啟更小、更輕、更快GaN充電時代  
     
  電源小型化趨勢已經(jīng)持續(xù)了幾十年,預(yù)計將會繼續(xù)賦能新的市場應(yīng)用。此外,提高功率密度是提高能效的關(guān)鍵,也是設(shè)計人員非常看重的一個參數(shù)指標(biāo)。然而,如何實現(xiàn)更緊湊、更高效的電源解決方案,仍存在主要的技術(shù)限制。  
  GaN高電子遷移率晶體管技術(shù)作為一場新的創(chuàng)新浪潮,正在徹底改變電力工程世界。GaN功率FET晶體管突破了普通硅基電力解決方案的性能限制,能夠?qū)崿F(xiàn)硅基MOSFET從未達(dá)到的高速、高效和更高功率密度,并賦能新的應(yīng)用市場。作為功率轉(zhuǎn)換市場數(shù)十載的領(lǐng)導(dǎo)者和先驅(qū),ST利用其無與倫比的技術(shù)經(jīng)驗和系統(tǒng)專業(yè)知識,搭乘這一次新的創(chuàng)新浪潮,不斷推出新產(chǎn)品和解決方案,覆蓋更廣闊的市場應(yīng)用。  
  近日,ST推出世界[敏感詞]集成硅基半橋驅(qū)動芯片和一對GaN晶體管的產(chǎn)品平臺MasterGaN®。該集成化解決方案將有助于加快下一代400W以下輕便節(jié)能的、用于消費電子和工業(yè)領(lǐng)域的充電器和電源適配器的開發(fā)速度。  
   
  GaN技術(shù)使電子設(shè)備能夠處理更大功率,同時設(shè)備本身變得更小、更輕、更節(jié)能,這些改進(jìn)將會改變用于智能手機(jī)的超快充電器和無線充電器、用于PC和游戲機(jī)的USB-PD緊湊型適配器,以及太陽能儲電系統(tǒng)、不間斷電源或高端OLED電視機(jī)和云服務(wù)器等工業(yè)應(yīng)用。   
  在當(dāng)今的GaN市場上,通常采用分立功率晶體管和驅(qū)動IC的方案,這要求設(shè)計人員必須學(xué)習(xí)如何讓它們協(xié)同工作,實現(xiàn)[敏感詞]性能。意法半導(dǎo)體的MasterGaN方案繞過了這一挑戰(zhàn),縮短了產(chǎn)品上市時間,并能獲得預(yù)期的性能,同時使封裝變得更小、更簡單,電路組件更少,系統(tǒng)可靠性更高。憑借GaN技術(shù)和意法半導(dǎo)體集成產(chǎn)品的優(yōu)勢,采用新產(chǎn)品的充電器和適配器比普通硅基解決方案縮減尺寸80%,減重70%, 充電速度提高2倍。  
   
          MasterGaN產(chǎn)品平臺獨特優(yōu)勢      
     
  意法半導(dǎo)體執(zhí)行副總裁、模擬產(chǎn)品分部總經(jīng)理Matteo Lo Presti表示:“ST獨有的MasterGaN產(chǎn)品平臺是基于我們的經(jīng)過市場檢驗的專業(yè)知識和設(shè)計能力,整合高壓智能功率BCD工藝與GaN技術(shù)而成,能夠加快節(jié)省空間、高能效的環(huán)境友好型產(chǎn)品的開發(fā)?!? 
 

MasterGaN1是意法半導(dǎo)體MasterGaN平臺的[敏感詞]產(chǎn)品,集成兩個半橋配置的GaN功率晶體管和高低邊驅(qū)動芯片。MasterGaN1采用9mm x 9mm GQFN封裝,厚度只有1mm,現(xiàn)已量產(chǎn)。此外,意法半導(dǎo)體還提供一個產(chǎn)品評估板,幫助客戶快速啟動電源產(chǎn)品項目。




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