GaNpowIR 简介高效益、高性价比、高密度功率转换的全新革命

GaNpowIR 简介高效益、高性价比、高密度功率转换的全新革命吴纬高級应用工程师 2009年6月

我们的使命 节约能源为广泛市场提升功率效率 • 汽车 • 工业 • 消费类 • 数据通信/ 电信 • 宇航 2

领导功率管理六十年 成立于1947年(纽约证交所代号IRF) 带领功率管理技术的行业领袖已建立强大的品牌和忠诚的客户群采取专注的业务模式，提供应用于功率管理的模拟、数字和混合信号IC，以及分立式产品拥有超过500项专利业务遍及全球20多个国家全球超过4,500员工 • 我们的使命:为广泛应用提升功率效率 3

目录 • 商业化带来的挑战 • GaNpowIR 简介 • 剖析功率装置所带动的电力电子革命 • 获取功率转换的价值 • 提高功率装置的优值系数 • 全新革命：GaNpowIR 为不同应用带来优势

GaN 功率器件商业化进程的挑战 • 成本 – 终端解决方面的表现 / 成本必须与硅片相若 • 成本 – 基板成本 • 成本 – 位置电子指示器成本 • 成本 – 器件制造成本 • 表现 – 需要实质的提升以超越竞争对手 • 产品供应 - 基板/位置电子指示器/器件的可扩展性 • 质量 – 必须达到依据硅片而建立的业界标准 • 坚固性 – 在缺乏控制的应用环境中仍然坚固耐用 • 可靠性 – 在受力情况下可长年保持稳定 • 市场教育 – 如何使用新装置并从中获益 • 市场普及 – 通过新功能加快市场普及

GaNpowIR 简介 • IR 研发部门 5 年来精心研究的成果 • 基于IR专利的 GaN-on-Si 异质外延技术 • 利用低成本、高质量的 150 mm 硅晶圆片基板 • 采用(多晶圆片) 外延系统，达到强大吞吐量 • 器件制造工艺兼容CMOS • 器件结构及工艺采用杰出的专业硅片技术 • 应用了标准大产量制造规定 • 采用了业内标准质量体系 • 已进行广泛的内部可靠性研究 • 产品认证采用标准产品可靠性能测试 • 首批产品将于2009年末推出

实现开关电源供应 快速商业化预计在未来3-5年， 1%-2%的应用将采用 GaN 技术剖析功率器件所推动的功率电子革命实现更完善整合，以达到密集高效的功率转换

效能 x 密集度 FOM = 成本功率级的价值体现

功率转换中的价值实现 • 价值 = (效能 *密度)/成本 • 优秀的功率器件性能表现可更大程度地体现其价值 • 转换架构和控制方案专门为善用功率器件的性能而研发，可降低其不足 • 器件性能得到根本的提高，推动功率电子领域架构和控制方案的全新革命

功率器件 ROM 的显著提升 比较 Si、 SiC 和 GaN 的 Ron 计算数据 Ecrit : Si = 20 V/μm , GaN = 300 V/ μm Ref: N. Ikeda et.al. ISPSD 2008 p.289 10

GaN HEMT 基础器件结构 Lc=0.3 to 3 µm Lgs=0.3 to 1µm Lg=0.1 to 3 µm Lgd=0.5 to 15 µm Lc=0.3 to 3 µm 栅极 S Contact D Contact AlGaN GaN un-doped 缓冲层 / 过渡层 / 基板压电效应产生 2 DEG 电子层 ns=1013 cm-2 11

应用 : 低电压 POL DC-DC 转换 增加频率 :封装尺寸明显缩小 300 kHz 1 MHz 传统低频方案比 1 MHz 方案占用多达 3 倍的PCB 面积

GaN 全功能转换器 vs. 硅片 Si POL 解决方案 15 mm x 15 mm IR GaNpowIR Gen 1.1 7 mm x 9 mm….体积缩小70% 1MHz, 10A 5MHz, 12A 输入电感与功率级整合为一体

优值系数预测 30V FETs Ron*Qg FOM 发展预测 Next Gen Si Next Gen+1 Si GaNpowIR™ Gen 1.1 Gen 1.2 Gen 1.3 Gen 1.4 Gen 2.1 Gen 2.2 GaN: 5年内完成10倍进步

潜在功率级图不损害任何性能，实现全面优化 GaNpowIR Gen 1 GaNpowIR 1 GaNpowIR Gen 2 GaNpowIR 2 12Vin, 1.2Vout, 100A

在 700kHz 情况下优化 GaN GaN 700kHz 单项效能, Vin=12V, Vout= 1.2V

发展预测： 200V GaN vs. 硅片 • 为任何封装实现最低的 Rds(on) • 超越硅片达10倍

200V基于GaN 的开关器件: 简便易用 Si Switch GaN Switch • 特点: • 日常 “关闭”运行 • 优于硅片高达10倍的优值系数 • 与硅片方案比较: • 更低的反向恢复消耗 • 小型封装的最低 Rdson 和 Qg • 更低 EMI

600V GaN 整流器: 低 Irr、 EMI • 与 SiC 比较：同样性能，更低成本 IR GaN 600V Diode function

总结 • GaNpowIR 平台专为广泛的商业化而研发：首批产品将于2009年末推出 • 与硅片或其他器件相比，基于GaN 的装置能提供更高的功率转换优值系数 (效能 x 密度/成本) • 应用优势：更低温度、成本和尺寸 • 根本上提升器件性能，带动了功率电子领域架构和控制方案的全新革命 • IR 正积极投入市场，介绍该新科技的领先优势，并详细说明第一批新产品

GaNpowIR 简介 高效益、高性价比、 高密度功率转换的 全新革命