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《台积电以GaN-on-Si技术支持意法半导体在汽车应用中采用功率GaN器件》

  • 来源专题：集成电路
  • 编译者： Lightfeng
  • 发布时间：2020-03-02

  • 意法半导体（STMicroelectronics）正在与台积电（TSMC）合作，以加速氮化镓（GaN）技术的开发，该技术用于电力应用，尤其是汽车应用的转换器以及用于混合动力和电动汽车的充电器。意法半导体将首先对分立的GaN功率器件进行采样，随后将推出基于台积电的GaN-on-Si工艺技术的GaN IC产品。

    台积电的GaN-on-Si技术已在Knowmade的《硅基氮化镓专利情况分析2020版》中进行了审查。TSMC拥有领先的硅基GaN制造专业技术，并已经确定了至少12项与电源应用密切相关的关键发明。如Al梯度成分的AlGaN势垒（美国专利10522532）；GaN HEMT，其栅极和漏极之间的势垒中有一个或多个介电塞部分（美国专利8884308）；提高硅衬底上的III族氮化物的衬底击穿电压（美国专利9111904）等。

    Knowmade还分析了意法半导体的专利组合，意法半导体仍在巩固其在功率GaN专利态势中的IP地位。在2017-2018年间，意法半导体专注于GaN器件技术，尤其是常关型晶体管结构。STMicroelectronics在2017-2018年获得专利的常闭结构（美国专利10566450、10050136和10522646）；常关晶体管结构（美国专利10516041、10566450和10522646）等。

    之前，意法半导体与CEA共同合作，着眼于在2020年在意法半导体建立一条试验性生产线，专注于在200mm硅基板上开发GaN功率器件。CEA在GaN-on-Si专利领域也是公认的IP厂商，拥有40多项专利发明。

    Knowmade的Remi Comyn表示：“自从2018年以来意法半导体与CEA之间的研发合作，以及与台积电合作后，我们预计在未来几个月内它们各自在功率氮化镓上的专利活动将会加速。”

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  • 《意法半导体和台积电合作加速市场采用GaN基产品》
    • 来源专题：集成电路
    • 编译者：Lightfeng
    • 发布时间：2020-03-01
    • 瑞士意法半导体和世界上最大的硅晶圆代工厂台湾半导体制造公司（TMSC）合作，以加快氮化镓（GaN）工艺技术的开发以及向市场提供分离式与整合式氮化镓元件导。通过此次合作，意法半导体的GaN产品将使用台积电的GaN工艺技术制造。 具体而言，与基于相同拓扑的硅技术相比，意法半导体基于GaN和GaN IC技术的产品将为中高功率应用提供更高的效率解决方案，包括混合动力和电动汽车的汽车转换器和充电器。意法半导体表示，它们还将加速消费和商用车辆电气化势。 意法半导体汽车与离散事业部总裁Marco Monti表示：“意法半导体在加速GaN工艺技术的开发以及将功率GaN和GaN IC产品推向市场方面看到了巨大的机会。此项合作补足了我们在法国图尔地区以及与电子暨资讯技术实验室(CEA-Leti)合作所从事的既有功率氮化镓活动。对于功率、智慧型功率电子、以及制程技术而言，氮化镓代表下一个重大的创新。” 台积电业务发展副总裁Kevin Zhang博士说：“我们期待与意法半导体合作，并将GaN功率电子技术的应用带到工业和汽车电源转换中。TSMC领先的GaN制造专业技术，再加上意法半导体的产品设计和汽车级鉴定能力，将为工业和汽车电源转换应用带来巨大的能效改进。” 意法半导体预计今年稍晚将提供功率氮化镓分离式元件的首批样品给其主要客户，并于之后数个月内提供氮化镓集成电路产品。
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  • 《SiC和GaN功率半导体市场在2027年将超越100亿美元》
    • 来源专题：集成电路
    • 编译者：shenxiang
    • 发布时间：2018-11-02
    • 新兴市场碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）功率半导体预计将在2020年达到近10亿美元，推动力来自混合动力及电动汽车、电力和光伏（PV）逆变器等方面的需求。 SiC和GaN功率半导体在混合动力和电动汽车的主传动系逆变器中的应用，将导致2017之后复合年增长率（CAGR）超过35%，在2027年达到100亿美元。 到2020年，GaN-on-silicon (Si)晶体管预期将会达到与硅金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）持平的价格，同时也会提供相同的优越性能。一旦达到这个基准，2024年GaN电力市场预计将达到6亿美元，2027年攀升至17亿美元以上。 IHS Markit分析 对SiC行业持续强劲增长的预期很高，主要推动力是混合动力和电动汽车销售的增长。 市场的渗透也在增长，特别是在中国，肖特基二极管、MOSFET、结栅场效应晶体管（JFET）和其他SiC分立器件已经出现在量产汽车DC-DC转换器、车载电池充电器之中。 越来越明显的迹象是， 传动系主逆变器——采用SiC MOSFET，而不是Si绝缘栅双极晶体管（IGBT）—将在3-5年内开始出现在市场上 。由于非常多的设备用于主逆变器中，远远多于在DC-DC转换器和车载充电器中的数量，这就会迅速增加设备需求。也许在某个时间点，逆变器制造商最终选择定制全SiC功率模块，而不选择SiC分立器件。集成、控制和封装优化是模块化装配的主要优点。 不仅每辆车的SiC设备数量将会增加，而且对于电池电动汽车（BEV）和插电式混合动力电动汽车（PHEV）的新增全球注册需求也将在2017年和2027年之间增加10倍，因为全球许多政府都锁定目标降低空气污染，同时减少依赖燃烧化石燃料的车辆。中国、印度、法国、英国和挪威都已经宣布计划在未来数十年内禁止搭载内燃机的汽车，代之以更清洁的车辆。电气化车辆的前景一般来说将会因此而变得非常好，特别是对宽禁带半导体而言更是如此。 SiC 与第一代半导体材料Si和第二代半导体材料GaAs相比，SiC具有更优良的物理和化学性质，这些性质包括高热导率、高硬度、耐化学腐蚀、耐高温、对光波透明等。SiC材料优异的热学特性和抗辐照特性也使其成为制备紫外光电探测器的首选材料之一。此外，SiC基传感器能够弥补Si基传感器在高温、高压等恶劣环境下的性能缺陷，从而拥有更广阔的适用空间。 以SiC为代表的宽禁带半导体功率器件是目前在电力电子领域发展最快的功率半导体器件之一。 SiC电力电子器件主要包括功率二极管和三极管（晶体管、开关管）。SiC功率器件可使电力电子系统的功率、温度、频率、抗辐射能力、效率和可靠性倍增，带来体积、重量以及成本的大幅减低。 SiC功率器件应用领域可以按电压划分： 低压应用（600 V至1.2kV）：高端消费领域（如游戏控制台、等离子和液晶电视等）、商业应用领域（如笔记本电脑、固态照明、电子镇流器等）以及其他领域（如医疗、电信、国防等） 中压应用（1.2kV至1.7kV）：电动汽车/混合电动汽车（EV/HEV）、太阳能光伏逆变器、不间断电源（UPS）以及工业电机驱动（交流驱动AC Drive）等。 高压应用（2.5kV、3.3kV、4.5kV和6.5kV以上）：风力发电、机车牵引、高压/特高压输变电等。 SiC器件获得成长的最大抑制因素可能是GaN器件。第一个符合汽车AEC-Q101规范的GaN晶体管在2017年由Transphorm发布，而且在GaN-on-Si外延片上制造的GaN器件具有相当低的成本，也比在SiC晶片上制造任何产品都更为容易。由于这些原因， GaN晶体管可能会成为2020年代后期逆变器中的首选，优于较昂贵的SiC MOSFET 。 Transphorm创新的Cascode结构 近年来，有关GaN功率器件最有趣的故事是GaN系统集成电路（IC）的到来，也就是 将GaN晶体管与硅栅驱动器IC或单片全GaN IC一同封装起来 。一旦它们的性能针对移动电话和笔记本充电器和其他高容量应用得到优化，就很可能在更广泛的范围内大面积普及。相反，商业化的GaN功率二极管发展从未真正开始，因为它们未能提供相对于Si器件更为显著的益处，相关的发展已被证明太过昂贵而且不可行。SiC肖特基二极管已经很好地用于这一目标，并且具有良好的定价路线图。 GaN GaN功率器件和其他类型的功率半导体用于功率电子领域。基本上，功率电子设备利用各种固态电子部件，在从智能手机充电器到大型发电厂的任何事物中，更有效地控制和转换电能。在这些固态部件中，芯片处理开关和电源转换功能。 对于这些应用而言，GaN是种理想的选择。GaN基于镓和III-V族氮化物，是一种宽带隙工艺，意味着它比传统的基于硅的器件更快，而且能够提供更高的击穿电压。
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