新一代单片式整合氮化镓晶片 升级功率电路性能

过去几十年来，金属氧半场效电晶体（MOSFET）与其他场效电晶体等硅基功率电晶体一直是电力转换系统的发展支柱，能将交流电（AC）转换为直流电（DC），或是将直流电从低压转为高压，反之亦然。在探索具备更优异开关性能的替代方案时，氮化镓（GaN）在所有先进的候选材料中快速崛起。

氮化镓或氮化铝镓（AlGaN）的复合材料能提供更高的电子迁移率与临界电场，结合HEMT的电晶体结构，就能打造新一代的元件与晶片，提升击穿强度与开关速度，降低电导损耗（conductance loss），缩小尺寸，胜过其他的半导体材料。

目前，绝大多数的GaN功率系统都是由多个晶片组成。这些氮化镓元件在整合至印刷电路板（PCB）以前都是独立元件，制程中会产生寄生电感，降低元件性能。

imec氮化镓电力电子研究计画主持人Stefaan Deoutere解释，以驱动器为例，当多个独立电晶体的驱动器被置于不同晶片时，驱动器输出级与电晶体输入级之间会产生大量的寄生电感，半桥电路中间的交换节点也会深受其害。

Stefann Decoutere指出，以氮化镓（GaN）制成的高电子迁移率电晶体（HEMT）具备超高速的开关能力，如果不去抑制寄生电感，就会导致振铃现象（ringing），也就是干扰讯号的不良振盪。最佳的解决方案是进行驱动器与HEMT的单片式整合，不仅能避免寄生现象的发生，还能最大程度地运用GaN元件的优异开关性能。

Stefann Decoutere说道，同时，还能缩短半桥电路电晶体之间的停滞时间（dead-time control），电晶体就不需要在另一个电晶体开启时长时间处于暂时关闭状态。在等待不同电晶体切换开关的期间，电源与接地之间会出现短路，或称停滞时间。而在单一晶片上整合所有元件就能解决振铃问题、缩短停滞时间，最终提升目标转换器的功耗。