自2023年10月，英飛凌成功收購氮化鎵系統公司（GaN Systems）之后，進一步增強了英飛凌在功率系統領域的領導地位。
日前，在2024上海慕尼黑展會期間舉辦的英飛凌氮化鎵新品媒體溝通會上，英飛凌科技大中華區消費、計算與通訊業務市場總監程文濤表示：“英飛凌成功收購GaN Systems之后，通過雙方在知識產權、對應用的深刻理解等方面的優勢互補，進一步鞏固了英飛凌在氮化鎵領域的市場領導地位，在現有市場中保持競爭優勢，同時為未來的發展搶占先機。”
英飛凌科技大中華區消費、計算與通訊業務市場總監程文濤
他補充道：“首先我們氮化鎵相關的產品系列得到了廣泛的擴展，在未來的產品規劃路標中也出現了很多新品類。據悉，在收購GaN Systems之前，英飛凌的GaN產品主要集中為兩類，一是分立式功率器件（Discrete Power），二是集成式功率器件（Integrated Power）。但是在成功收購GaN Systems后，英飛凌的GaN產品品類由兩種變成了五種；
其次，這次收購也讓我們的設計研發思路獲得了極大的拓寬。隨著GaN Systems的氮化鎵技術專家并入英飛凌后，英飛凌共有450名氮化鎵技術專家，他們在未來的研發中會產生很多思想上的碰撞，這也大幅提升了我們的研發進度和產品推向市場的速度。
此外，收購GaN Systems之后，也提升了我們氮化鎵技術方面的IP儲量，目前英飛凌已經擁有超過350個氮化鎵技術專利族。”
目前，隨著市場對于低碳化、可持續發展的需求不斷增加，以及AI對能源的巨量需求和新能源汽車的急速發展，推動了以SiC和GaN為代表的第三代寬禁帶半導體的發展。據Yole的統計數據顯示，未來三年，功率器件市場規模將從目前的200多億美元增長至300多億美元，寬禁帶（WBG）半導體器件——SiC和GaN——占比有望超過三成。尤其是GaN功率半導體器件，從2023至2029年的平均復合年增長（CAGR）將高于45%，遠高于SiC器件的CAGR。
GaN功率器件市場份額變化。
（圖源：Yole）
SiC功率器件市場變化。
（圖源：Yole）
英飛凌收購GaN Systems并積極布局GaN產品線，應該也是看到了GaN具有的一些獨特的技術特點，以及其未來的巨大市場增長潛力。
程文濤表示：“從市場層面來看，GaN主要有三大優勢——節能、節省成本以及節省材料。首先，在Si、SiC和GaN三種材料中，GaN具有最快的開關速度，這也就意味著它可以提升開關頻率，這樣可以節省很多被動元器件的需求，可以大大節省物料；
其次，GaN和SiC有同樣的優勢，就是用SiC或者平面型GaN做出來的器件導通阻抗，也就是單位面積上能夠做的最小的導通阻抗，都要比硅以數量級的程度減小，這是GaN在效率層面能帶來的優勢。最后，由于前兩個方面都獲得提升后，也讓整個系統的成本大幅降低。”
因此，為了滿足市場對于GaN器件的多元化需求，近日，英飛凌的CoolGaN?家族又新增了很多新成員。
如前所述，英飛凌的GaN產品線從兩個品類擴展至了五個品類，分別為新一代CoolGaN?晶體管（Transistor）、CoolGaN?雙向開關（BDS）、CoolGaN? 智能感應（Smart Sense）、CoolGaN?驅動（Drive）和CoolGaN? Control。針對CoolGaN?晶體管品類，英飛凌近期推出了新一代高壓（CoolGaN? G5）和中壓（CoolGaN? G3）器件系列，將氮化鎵的應用范圍擴大至40V至700V電壓。
程文濤表示：“目前，英飛凌的CoolGaN?晶體管都是增強型器件，同時擁有電壓型驅動和電流型驅動兩種技術。并且，英飛凌的GaN器件全都采取貼片封裝，這樣才能實現最小的封裝集成參數，最大限度地發揮材料的特性。”
英飛凌科技大中華區消費、計算與通訊業務
高級首席工程師宋清亮
對于電壓型驅動和電流型驅動兩個不同驅動技術所具有的優缺點，英飛凌科技大中華區消費、計算與通訊業務高級首席工程師宋清亮解釋道：“這兩個驅動技術最根本的區別是，如果讓GaN器件維持開通，電流型驅動則必須要有一個電流，而電壓型驅動則不需要電流。”
那為何需要電流驅動型結構呢？宋清亮表示：“因為GaN器件的開通速度非常快，而它的導通門限電壓則很低，大約為1V左右，這樣在GaN器件開通和關斷時很容易產生一個噪聲，會導致其誤開通或誤關斷。而電流型驅動則可以大大抑制這種錯誤動作的發生。另外，對于電壓型驅動，它的開通電壓大約需要5-6V，但不能超過7V，否則會損害門極。這就導致設計者從GaN器件完全開通到保證不損害器件只有1V左右的設計余量，進而對于設計者來說設計難度大大提高。而電流型驅動的驅動電壓可以控制在3V左右，不會存在過高的電壓將其擊穿損壞。”
據悉，目前業界只有英飛凌擁有電流型驅動技術，宋清亮表示：“在收購GaN Systems之后，我們同時擁有了電壓型驅動和電流型驅動兩種技術，用戶可以根據他們的設計能力和應用環境來自行選擇最適合他們的方式。”
另外，新一代中壓CoolGaN? G3 系列晶體管 & 高壓 CoolGaN? G5系列晶體管也將是英飛凌首次采用8英寸工藝制造的器件。
CoolGaN? BDS則是一款被英飛凌稱為Game Changing的產品，它擁有出色的軟開關和硬開關性能，提供40V、650V 和 850V電壓雙向開關。
程文濤表示：“一般的氮化鎵晶體管產品多為單向開關，但現在越來越多的拓撲結構需要有一個理想開關，即兩邊都能導通或關閉，并且還需要極快的開關速度，之前的做法是采用兩顆MOS管器件來實現。但現在隨著CoolGaN? BDS面世，只用一顆器件就能實現所需功能。”
“在目前的市場中，英飛凌是第一家做出高壓BDS的廠商，高壓大功率BDS的應用場景還包括在很多大功率的電池管理，電動工具，還有一些儲能、光伏、服務器等領域。會應用在各種需要雙向開關的拓撲結構而出現的應用場景中。”
CoolGaN? Smart Sense最大的特點就是Smart，程文濤表示：“Smart的概念就是通過自身溝槽去做電流檢測，其實這種概念在MOS管的時候就已經有，但是大部分場景下低壓溝槽型的MOS中會用的比較多。”
程文濤強調：“在氮化鎵應用中，內含電流檢測的做法不再是有它更好，而是非它不可了。因為這樣才能更安全地使用氮化鎵器件，并不需要為了電流檢測而付出其它在噪聲和效率等方面的代價。”
毋庸置疑，GaN器件未來的發展趨勢將展現出巨大的增長潛力和廣闊的應用前景。這一市場的競爭也將越來越激烈，并購活動也會增加，如英飛凌收購GaN Systems以及瑞薩電子收購Transphorm等，但這也將不斷促進GaN技術的進步和創新，隨著未來GaN器件的成本進一步降低，應用領域的不斷拓展，將共同推動GaN器件在全球范圍內的廣泛應用和快速發展。
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