【导读】随着新兴产业的发展，5G、物联网、电动汽车等都将呈现爆发趋势。在此带动下，第三代半导体材料碳化硅(SiC)与氮化镓(GaN)也迎来了又一次发展机遇。相对于现有的Si器件，第三代半导体材料器件可大幅度减少芯片面积，还能简化周边电路的设计，从而达到系统体积及功耗降低的目的，非常符合未来产业发展的需求。
氮化镓器件市场稳步爬升
从功率器件的发展历程中来看，2000年业界就提出硅基产品快要达到物理极限。在此背景下，作为新材料的重要方向，碳化硅和氮化镓获得了广泛关注。
邓巍博士
“任何新技术的发展，都会经历一个成长周期” 英飞凌科技奥地利股份有限公司电源管理与多元化事业部资深市场营销经理邓巍博士表示：“从Gartner技术成熟度曲线分析，我们认为氮化镓器件正在经历稳步爬升期，后面也将会迎来实质生产的高峰期。”
根据IHS Market今年4月发布的《2018年碳化硅和氮化镓功率半导体报告》显示，未来十年，基于氮化镓的器件市场总值有望超过10亿美元。虽然在产业规模上来看，无法与现有硅器件相媲美，但是对于功率器件厂商而言，却是抢占市场主导权的必经之路。为此，全球半导体厂商对于氮化镓器件的热情一直不减，而这其中就包括英飞凌。
未来三种器件长期并存
从发展的时间节点来看，2016年以碳化硅材料为基础的功率半导体市场开始形成，而氮化镓则相对要晚一年。业内人士也认为，2018年氮化镓器件会出现较大的成长。由此也将对传统的硅器件形成部分替代，如在电源、家电、电动汽车等领域。
从应用分布来看，目前主流的硅器件已经应用非常普遍，如电力、高铁、风电、太阳能、汽车、机械、工业、家电、通信等。而碳化硅器件则主要适用于高压、中低频领域，氮化镓器件则适用于高频、中低压领域。在应用领域具有一定的重叠性。
潘大伟
对此，英飞凌大中华区副总裁电源管理及多元化市场事业部负责人潘大伟也认为：“未来很长时间内这三种半导体器件都会共存，碳化硅和氮化镓也很难取代硅器件，只能是相互补充，以应对新兴市场和应用。而英飞凌要做的就是功率器件的完整布局，结合自身在底层工艺、品质、产能及客户交付等方面的优势，为客户提供更加适合的方案。”
氮化镓器件开始量产
为了应用未来市场需求，英飞凌已经推出CoolGaN 600V增强型HEMT氮化镓解决方案。为了配合其使用，英飞凌也推出了氮化镓开关管理芯片EiceDRIVER IC——1EDF5673K、1EDF5673F和1EDS5663H。
对于此次推出的新产品，邓巍博士表示：“CoolGaN系列采用独一无二的常闭式概念解决方案，可实现快速开通和关断。这一专利技术为英飞凌和松下共有，其他厂商不能采用该结构方案。”
从产品参数来看，CoolGaN开关的栅极电荷极低，且具有极少输出电容，可在反向导通状态下提供优异的动态性能，进而大幅提高工作频率，从而通过缩小被动元器件的总体尺寸，提高功率密度。 英飞凌CoolGaN 600 V增强型HEMT在功率因数校正(PFC)变流器里具有超高的能效(2.5 kW PFC能效 > 99.3%)。相同能效下的功率密度可达到160 W / in3(3.6 kW LLC能效 > 98%)。在谐振拓扑中，CoolGaN线性输出电容可将死区时间缩短至八分之一到十分之一。
在应用方面，CoolGaN 600V增强型HEMT主要聚焦在高频运行的应用，如企业级超大规模数据中心服务器、通信整流器、适配器、充电器、SMPS和无线充电设施等。
对此，Bel Power Solutions研发部电子设计助理经理陈伟表示：“在数据中心方面，我们采用英飞凌的CoolGaN™设计了一款超高性能的ACDC电源，最主要的优势就是超高的效率和高功率密度，这也是传统硅器件所无法胜任的。”
小结：
对于氮化镓器件而言，虽然在性能表现方面更胜于硅器件，但是现有应用需求，更多还是在传统器件无法胜任的领域，大规模应用还需要一定的时间。
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