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一起實現氮化鎵的可靠運行
 

【作者: Sandeep Bahl】   2016年06月24日 星期五

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我經常感到不解,為何我們的產業不在加快氮化鎵 (GaN) 電晶體的部署和採用方面增強合作力度;畢竟,浪潮之下,沒人能獨善其身。每年,我們都看到市場預測的前景不甚令人滿意。但透過共同努力,我們就能夠大大增加這項高效能技術的市場滲透力。


如果GaN取得勝利,我們都將是贏家。只要將全球的能源使用效率提高1%,我們就能關閉55間火力發電廠。在日常生活中,我們正在見證GaN技術的部署和採用—其實直到幾個月前,我還沒發現這一點,直到我女兒問我GaN長什麼樣子,我才意識到,在家中的節慶彩色燈泡中有數百個GaN啊:LED裡使用的GaN。


GaN可靠性是一個不錯的合作主題。即使GaN電晶體現在透過了傳統矽品質檢測應力測試,即“qual”,其採用仍然很慢。這是因為“qual”並不能保證低用戶退貨率,其原因在於它是基於矽材料的。雖然透過“qual”測試對於裝置的生產製造、品質和可靠性具有重要的意義,但它並不能表明裝置的使用壽命、故障率和應用相關性方面對GaN電晶體的意義。開發人員有多種選擇,即使矽材料解決方案體積更大且能耗更高,但是它們已經過了測試。


對於採用GaN的開發人員來說,他們需要有信心去相信部件在預計的使用壽命內能夠穩健耐用地運行。在TI,我們始終在深入思考這意味著什麼,並將其歸結為圖1中所表示的2個專案。首先,傳統矽技術方法需要針對GaN和其故障模式進行拓展。第二,應力測試需要包括電源管理的開關條件,而這是傳統矽材料qual測試無法解決的。



圖1
圖1

當一個產業攜起手來共同開發標準時,這些標準就會被認為是可信的。預測的可靠性標準需要對技術和其故障模式,以及在測試、品質鑒定和產品運行方面的知識深入瞭解。預測性標準的優勢在於極大加快了市場普及,而第一步就是意識到現有技術的不足和缺陷。



圖2 : GaN品質鑒定需要現有矽方法體系的擴展,並且需要增加實際使用情況下的應力測試
圖2 : GaN品質鑒定需要現有矽方法體系的擴展,並且需要增加實際使用情況下的應力測試

我首先在《確定 GaN 產品可靠性的綜合方法》(註)白皮書中對這個問題進行說明。這份白皮書引發了業內的討論,這也促使我們將這個對話延續下去,我們在今年3月召開的應用電力電子會議 (APEC) 上提交了一份產業對話論文,並且接受IEEE國際可靠性物理學討論會 (IRPS) 技術委員會的邀請。我們希望本次對話能夠進一步擴展至工作組層面,並且在其他人也針對這個重要話題發表看法時拓展工業領域的協作。


TI正在通過可靠且值得信賴的GaN產品努力打造一個能效更高的未來,同時也將數年的矽製造專業知識和先進裝置開發技術引入到GaN中。TI一直充分利用現有的生產製造基礎設施和能力,使600V GaN工藝符合要求。為了確保可靠性和穩健耐用性,在對TI的裝置進行測試時,TI所使用的GaN特定測試方法的有效性遠遠超過了傳統矽品質鑒定做法。


借助於合格的裝置,電源設計人員能夠實現GaN的滿功率運行,從而打破市場普及阻礙,而最為重要的一點是,這使我們有可能生活在一個效能更高的世界中。


(本文作者Sandeep Bahl任職於德州儀器)


註:白皮書原文網址:http://www.ti.com/lit/wp/slyy070/slyy070.pdf


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