ROHM確立柵極耐壓8V的150V GaN HEMT量產體制

全球知名半導體制造商ROHM（總部位于日本京都市）已確立150V耐壓GaN HEMT*¹“GNE10xxTB系列（GNE1040TB）”的量產體制，該系列產品的柵極耐壓（柵極-源極間額定電壓）*²高達8V，非常適用于基站、數據中心等工業設備和各種物聯網通信設備的電源電路。

一般而言，GaN器件具有優異的低導通電阻和高速開關性能，因而作為有助于降低各種電源的功耗和實現外圍元器件小型化的器件被寄予厚望。但其柵極耐壓很低，在開關工作時的器件可靠性方面存在問題。針對這一課題，ROHM的新產品通過采用自有的結構，成功地將柵極-源極間額定電壓從常規的6V提高到了8V。這樣，在開關工作過程中即使產生了超過6V的過沖電壓*³，器件也不會劣化，從而有助于提高電源電路的設計裕度和可靠性。此外，該系列產品采用支持大電流且具有出色散熱性的通用型封裝，這使得安裝工序的操作更容易。

新產品于2022年3月起開始量產，前期工序的生產基地為ROHM Hamamatsu Co., Ltd.（日本濱松市），后期工序的生產基地為ROHM Co., Ltd.（日本京都市）。

ROHM將有助于節能和小型化的GaN器件產品陣容命名為“EcoGaN^?”，并一直致力于進一步提高器件的性能。今后，ROHM將繼續開發融入了“Nano Pulse Control^?”*⁴等模擬電源技術的控制IC及其模塊，通過提供能夠更大程度地發揮GaN器件性能的電源解決方案，為實現可持續發展社會貢獻力量。

名古屋大學研究生院工學研究科 山本真義教授表示：“今年，日本經濟產業省制定了到2030年新建數據中心節能30%的目標，目前距實現該目標只有不到10年的時間。然而，這些產品的性能不僅涉及到節能，還關系到作為社會基礎設施的堅固性和穩定性。針對未來的這種社會需求，ROHM開發了新的GaN器件，不僅更加節能，而且柵極耐壓還高達8V，可以確保堅固型和穩定性。以該系列產品為開端，ROHM通過融合其引以為豪的模擬電源技術‘Nano Pulse Control^?’，不斷提高各種電源的效率，在不久的將來，應該會掀起一場巨大技術浪潮，推進實現‘2040年在半導體和信息通信行業實現碳中和’的目標。”

＜開發背景＞

近年來，在服務器系統等領域，由于IoT設備的需求日益增長，功率轉換效率的提升和設備的小型化已經成為重要的社會課題之一，而這就要求功率元器件的不斷優化。ROHM一直在大力推動業內先進的SiC元器件和各種具有優勢的硅元器件的開發與量產，同時，一直致力于在中等耐壓范圍具有出色的高頻工作性能的GaN器件的開發，旨在為各種應用提供更廣泛的電源解決方案。

＜什么是EcoGaN^?＞

EcoGaN^?是通過更大程度地優化GaN的低導通電阻和高速開關性能，助力應用產品進一步節能和小型化的ROHM GaN器件，該系列產品有助于應用產品進一步降低功耗、實現外圍元器件的小型化、減少設計工時和元器件數量等。

?EcoGaN^?是ROHM Co., Ltd.的商標。

＜新產品特點＞

1. 采用ROHM自有結構，將柵極-源極間額定電壓提高至8V

普通的耐壓200V以下的GaN器件在結構上柵極驅動電壓為5V，而其柵極-源極間額定電壓為6V，其電壓裕度非常小，只有1V。一旦超過器件的額定電壓，就可能會發生劣化和損壞等可靠性方面的問題，這就需要對柵極驅動電壓進行高精度的控制，因此，這已成為阻礙GaN器件普及的重大瓶頸問題。

針對這一課題，新產品通過采用ROHM自有的結構，成功地將柵極-源極間的額定電壓從常規的6V提高到了業內超高的8V。這使器件工作時的電壓裕度得到進一步擴大，在開關工作過程中即使產生了超過6V的過沖電壓，器件也不會劣化，從而有助于提高電源電路的可靠性。

2. 采用支持大電流且具有出色散熱性的封裝

新產品所采用的封裝形式，支持大電流且具有出色的散熱性能，在可靠性和可安裝性方面已擁有出色的實際應用記錄，而且通用性強，這使得安裝工序的操作更加容易。此外，通過采用銅片鍵合封裝技術，使寄生電感值相比以往封裝降低了55％，從而在設計可能會高頻工作的電路時，可以更大程度地發揮出器件的性能。

3. 在高頻段的電源效率高達96.5%以上

新產品通過擴大柵極-源極間額定電壓和采用低電感封裝，更大程度地提升了器件的性能，即使在1MHz的高頻段也能實現96.5%以上的高效率，有助于提高電源設備的效率和進一步實現小型化。

＜應用示例＞

?數據中心和基站等的48V輸入降壓轉換器電路

?基站功率放大器單元的升壓轉換器電路

?LiDAR驅動電路、便攜式設備的無線充電電路

?D類音頻放大器

＜電路示例＞

＜產品陣容＞

＜術語解說＞

*1) GaN HEMT

GaN（氮化鎵）是一種用于新一代功率元器件的化合物半導體材料。與普通的半導體材料——硅相比，具有更優異的物理性能，目前利用其高頻特性的應用已經開始增加。

HEMT是High Electron Mobility Transistor（高電子遷移率晶體管）的英文首字母縮寫。

*2) 柵極-源極間額定電壓（柵極耐壓）

可以在柵極和源極之間施加的最大電壓。工作所需的電壓稱為“驅動電壓”，當施加了高于特定閾值的電壓時，GaN HEMT將處于ON狀態。

*3) 過沖電壓

開關ON/OFF時產生超出規定電壓值的電壓。

*4) Nano Pulse Control^?

一種超高速脈沖控制技術，在電源IC中實現納秒（ns）級的開關導通時間（電源IC的控制脈沖寬度），使得以往必須由2枚以上電源IC完成的從高電壓到低電壓的電壓轉換工作，僅由“1枚電源IC”即可實現。

?Nano Pulse Control^?是ROHM Co., Ltd.的商標或注冊商標。