宜普电源：用氮化镓技术改变半导体世界
2019-12-11 08:45:05 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
激光雷达应用市场增长正是GaN市场稳步增长的“新剧本”。宜普电源设计的增强模式氮化镓场效应晶体管（eGaN FET）已经通过车规AEC Q101认证。麦姆斯咨询特意采访了宜普电源应用工程总监John Glaser。
微访谈：宜普电源（EPC）应用工程总监John Glaser
采访背景：据Yole发布的《功率GaN：外延、器件、应用及技术趋势-2019版》报告介绍，GaN与传统的硅基MOSFET相比具有惊人的技术优势。尽管目前功率GaN市场仍然很小，但GaN器件有信心渗透到多种应用领域中，例如激光雷达（LiDAR）则是充分利用功率GaN家族中高频开关的高端解决方案。
激光雷达应用市场增长正是GaN市场稳步增长的“新剧本”。宜普电源转换公司（中文简称：宜普电源，英文简称：EPC）设计的增强模式氮化镓场效应晶体管（eGaN FET）已经通过车规AEC Q101认证，其应用工程总监John Glaser将出席由麦姆斯咨询举办的『第二十八届“微言大义”研讨会：激光雷达技术及应用』，在此之前我们特意采访了宜普电源应用工程总监John Glaser。
宜普电源应用工程总监John Glaser
麦姆斯咨询：目前宜普电源产品的主要应用是什么？
John Glaser：宜普电源转换公司（EPC）是基于氮化镓（GaN）功率管理技术的领导供应商，我们不仅仅致力于提高电力效率，更利用GaN技术推动了五年前不可能实现的并显著提升生活的全新应用。由于多种应用，例如从无线电源传送、全自动驾驶汽车到高速移动通信、低成本卫星及医疗护理应用都不断在蜕变，因此快速、高效及大大降低成本的GaN技术成为勇于革新、持续前进和渴望保持行业领先地位的公司的首选技术。
GaN技术是一种具备优越的晶体特性的使能技术，它可以实现优于硅技术1000倍的性能。由于硅基氮化镓（GaN-on-Silicon）晶体管比MOSFET的开关速度快10倍、比IGBT快100倍，受惠于eGaN FET的特性，包括面向4G/LTE基站的射频包络跟踪，以及面向全自动驾驶汽车、机器人、无人机及安防系统的激光雷达等应用的营收也随着市场日益增加的需求而大幅提升。
此外，eGaN FET的尺寸小很多，大约小5至10倍，可以支持全新应用，例如机器人、医疗电子、卫星及无人机。
采用48V总线架构的服务器及人工智能系统都采用eGaN FET，业界传统计算机系统内的USB-C转换器也继续转用基于eGaN FET或集成电路（IC）的DC/DC转换器。最后，我们可以看到，马达驱动器市场发展迅猛，例如踏板式摩托车及电动自行车。
麦姆斯咨询：请您介绍宜普电源的核心技术团队，以及这个团队如何领导半导体业界并推动氮化镓（GaN）技术发展？
John Glaser：宜普电源在2007年成立，于2009年推出产品并开始发货。我们的首席执行官兼联合创始人Alex Lidow博士带领多位业界技术精英，与客户共创共赢，创新产品设计。合作伙伴包括制造专家，携手为全球客户提供高可靠性GaN产品，领导业界的市场及技术发展。Lidow博士是HEXFET®功率MOSFET的共同发明者。HEXFET功率MOSFET是一种替代双极型晶体管的功率晶体管并带领现代功率转换领域的发展。除了拥有多项功率MOSFET及GaN FET专利权外，Lidow博士发表了许多与这些技术相关的著作并于最近与另外四位作者共同著作教科书《氮化镓晶体管—高效功率转换器件》（第三版），这是半导体业界唯一关于eGaN FET并在全球发行的教科书。
麦姆斯咨询：宜普电源从哪一年开始推出面向自动驾驶的激光雷达相关产品？市场采用了你们的氮化镓场效应晶体管（eGaN FET）后的反应如何？目前在哪些激光雷达应用上采用了eGaN FET?
John Glaser：由于激光雷达受惠于eGaN FET的高速开关速度的性能，因此成为GaN器件最先实现量产的应用。大部分目前或正在开发的面向全自动驾驶汽车的激光雷达解决方案都采用eGaN FET或集成电路。
此外，GaN器件的高速开关性能也推动了其它多种采用飞行时间（ToF）测距技术的应用发展，包括人脸识别、增强现实、自动仓库、无人机、机器人，以至吸尘器！
麦姆斯咨询：请分享在激光雷达应用中采用MOSFET与氮化镓场效应晶体管（eGaN® FET）后性能差异是什么？后者如何比前者优胜很多？
John Glaser：在全自动驾驶/运输应用中，激光的发射速度对于采集高分辨率的图像来说非常重要。eGaN FET及集成电路是发射激光的理想选择，因为可以通过激发GaN器件，产生大电流脉冲，且脉宽非常短窄。窄脉宽可以实现更高的分辨率，而更高的脉冲电流让激光雷达系统可以看得更远！加上eGaN FET的超小尺寸，使得它成为激光雷达及其它飞行时间（ToF）测距系统的理想器件。
麦姆斯咨询：我们注意到半导体行业巨头如英飞凌（Infineon）、松下（Panasonic）、德州仪器（Texas Instruments）与氮化镓半导体厂商在同一竞技场展开竞争。他们在资金、人才、市场覆盖率方面都具有优势。您如何看待与他们同场竞技的压力与动力？
John Glaser：根据Yole公司的数据（编者注：参考报告《功率氮化镓（GaN）：外延、器件、应用及技术趋势-2019版》），目前最少有12家公司已经生产硅基氮化镓功率器件或为客户提供样片。目前大部分公司提供600V~650V的硅基氮化镓器件。只有宜普电源、GaN Systems及英飞凌（Infineon）专注为市场提供400V及以下的GaN产品。
由于市场对GaN器件的需求与日俱增，我们相信市场上将会有更多的竞争对手加入GaN器件的竞技场。这对于业界发展来说，是正面的竞争，因为有竞争才会推动每家供应商持续努力、继续创新、为市场投放更多的资源与人才协作，提高目标设计，实现更高效、基于GaN器件的解决方案。
麦姆斯咨询：宜普电源的氮化镓场效应晶体管（eGaN FET）希望作为MOSFET的替代产品，成本是非常重要的成功因素。请分享宜普电源是怎么做到不断降低eGaN® FET成本的。
John Glaser：宜普电源全新的GaN器件在台湾晶圆代工厂制造。我们的功率器件只需在标准的硅晶圆上额外生长一层GaN外延层，而由于GaN器件的尺寸小型化，每片晶圆也可以生产出更多的器件，这就抵消了外延层带来的额外制造成本。
高良率、成熟及低成本的供应链使得eGaN FET格外可靠且并不昂贵。当量产时，成本会进一步下降。
大约从2015年起，宜普电源的eGaN FET的价格跟同类MOSFET器件的价格相当。目前宜普电源提供超过100种产品，面向全球市场规模达130亿美元的需求。
麦姆斯咨询：目前硅基MOSFET的市场占有率还非常高。宜普电源相信氮化镓场效应晶体管（eGaN® FET）可以取代MOSFET器件。请谈谈贵司的5年计划，以实现在市场逐步替代MOSFET？
John Glaser：发挥eGaN FET的最优性能的应用，不断推陈而出，加上使用GaN器件的工程师不断增加，对GaN技术的认识更深。大家看到GaN推动全自动驾驶汽车，该技术也被航天、太空应用的空间自主交会对接及机器人所采用。此外，eGaN FET及集成电路在高速、节能的包络跟踪电源供电应用中大大提升数字通讯的效率。最后，当我们可以利用GaN技术实现大面积无线充电时，无线充电不只是梦想了！
随着新一代的场效应晶体管及全新的集成电路推出市场后，GaN技术可以在性能上比硅基器件优越，同时也极具成本效益。GaN器件具备更高性能及更低成本的优势使得传统的保守设计工程师也被吸引，从而开始在其应用中采纳eGaN FET，包括DC/DC转换器、AC/DC转换器及车载应用。在高端计算及车载应用中，有全新的48 VIN隔离型及非隔离型DC/DC电源供电采用了我们最新的eGaN FET。
GaN对提升功率转换系统性能最大的潜力是GaN技术可以集成功率级及信号级器件于相同的衬底上。宜普电源在过去多年间与客户共同开发GaN集成电路。这些更复杂的单片GaN解决方案可以提供的电路性能是硅基解决方案所不可能实现的，从而使得功率系统工程师更易于设计。
延伸阅读：
《功率氮化镓（GaN）：外延、器件、应用及技术趋势-2019版》
《GaN-on-Si HEMT与超结功率MOSFET对比分析》
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