Imec 进一步推进了功率GaN 集成

展示高性能肖特基势垒二极管和耗尽型 HEMT在基于 p-GaN HEMT 的 200V GaN SOI 智能功率 IC 平台上的协同集成

在 2021 年国际电子器件会议 (IEEE IEDM 2021) 上，Imec 将展示，高性能肖特基势垒二极管和耗尽型 HEMT, 在 200 mm 衬底上基于 p-GaN HEMT 的 200V GaN SOI 智能功率 IC 平台的成功协同集成。

这些组件的添加使设计具有扩展功能和更高性能的芯片成为可能，使单片集成 GaN 功率 IC 更进了一步。这一成就为实现更小、更高效的 DC/DC 转换器和负载点转换器铺平了道路。

如今，GaN 电力电子器件仍由分立元件主导，这些元件由产生开关信号的外部驱动器 IC 驱动。然而，为了充分利用 GaN 提供的快速开关速度，建议单片集成功率器件和驱动器功能。 Imec 已经成功展示了半桥和驱动器以及控制和保护电路的单片协同集成，这是在一个芯片中集成全 GaN 功率 IC 的关键。

提高 GaN 功率集成电路整体性能­­的主要障碍之一仍然是，为GaN中缺少性能可接受的p沟道器件找到合适的解决方案。CMOS 技术使用互补且更对称的 p 型和 n 型场效应晶体管 (FET) 对，基于两种类型 FET 的空穴和电子迁移率。然而，在 GaN 中，空穴的迁移率比电子的迁移率要差 60 倍左右。这意味着以空穴为主要载流子的 p 沟道器件将比 n 沟道器件大 60 倍，而且效率极低。一种普遍的替代方法是用电阻器代替 P-MOS。电阻-晶体管逻辑 (RTL) 已用于 GaN IC，但显示了开关时间和功耗之间的权衡。

“我们通过结合使用增强型和耗尽型开关，称为 e 型和 d 型 HEMTS，提高了 GaN IC 的性能。通过在 SOI 上使用共集成 d 模式 HEMTS 扩展我们的功能性 e 模式 HEMT 平台，我们现在可以从 RTL 向直接耦合 FET 逻辑迈出一步，这有望提高电路的速度并降低功耗， ”Imec 的GaN 功率系统项目总监 Stefaan Decoutere 说。

在 GaN 功率集成电路上进行共集成的另一个重要组件是肖特基势垒二极管。与硅二极管相比，GaN肖特基二极管具有更高的阻断电压和更低的开关损耗。

“我们采用单片集成的高性能肖特基势垒二极管和 d-mode HEMT，这使我们更接近于基于 GaN 的智能功率 IC，已经成功地扩展了我们的 200 V GaN SOI e模式 HEMT GaN IC 平台。该 GaN-IC 平台可通过我们的多项目晶圆 (MPW) 服务进行原型设计，”Stefaan Decoutere 补充道。

“我们的平台已准备好转让给合作伙伴。我们正在寻找代工厂，但也在寻找设计公司和最终用户。下一步将是开发和发布该平台的 650 伏版本。 GaN-on-SOI 技术的目标应用包括高压电源开关和电源转换、手机、平板电脑和笔记本电脑的快速充电器，以及电动汽车的车载充电器，以及用于太阳能电池板连接到电网的逆变器。”

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