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一起实现氮化镓的可靠运行
 

【作者: Sandeep Bahl】2016年06月24日 星期五

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我经常感到不解,为何我们的产业不在加快氮化镓 (GaN) 电晶体的部署和采用方面增强合作力度;毕竟,浪潮之下,没人能独善其身。每年,我们都看到市场预测的前景不甚令人满意。但透过共同努力,我们就能够大大增加这项高效能技术的市场渗透力。


如果GaN取得胜利,我们都将是赢家。只要将全球的能源使用效率提高1%,我们就能关闭55间火力发电厂。在日常生活中,我们正在见证GaN技术的部署和采用—其实直到几个月前,我还没发现这一点,直到我女儿问我GaN长什么样子,我才意识到,在家中的节庆彩色灯泡中有数百个GaN啊:LED里使用的GaN。


GaN可靠性是一个不错的合作主题。即使GaN电晶体现在透过了传统矽品质检测应力测试,即“qual”,其采用仍然很慢。这是因为“qual”并不能保证低用户退货率,其原因在于它是基于矽材料的。虽然透过“qual”测试对于装置的生产制造、品质和可靠性具有重要的意义,但它并不能表明装置的使用寿命、故障率和应用相关性方面对GaN电晶体的意义。开发人员有多种选择,即使矽材料解决方案体积更大且能耗更高,但是它们已经过了测试。


对于采用GaN的开发人员来说,他们需要有信心去相信部件在预计的使用寿命内能够稳健耐用地运行。在TI,我们始终在深入思考这意味着什么,并将其归结为图1中所表示的2个专案。首先,传统矽技术方法需要针对GaN和其故障模式进行拓展。第二,应力测试需要包括电源管理的开关条件,而这是传统矽材料qual测试无法解决的。



图1
图1

当一个产业携起手来共同开发标准时,这些标准就会被认为是可信的。预测的可靠性标准需要对技术和其故障模式,以及在测试、品质鉴定和产品运行方面的知识深入了解。预测性标准的优势在于极大加快了市场普及,而第一步就是意识到现有技术的不足和缺陷。



图2 : GaN品质鉴定需要现有矽方法体系的扩展,并且需要增加实际使用情况下的应力测试
图2 : GaN品质鉴定需要现有矽方法体系的扩展,并且需要增加实际使用情况下的应力测试

我首先在《确定 GaN 产品可靠性的综合方法》(注)白皮书中对这个问题进行说明。这份白皮书引发了业内的讨论,这也促使我们将这个对话延续下去,我们在今年3月召开的应用电力电子会议(APEC) 上提交了一份产业对话论文,并且接受IEEE国际可靠性物理学讨论会(IRPS) 技术委员会的邀请。我们希望本次对话能够进一步扩展至工作组层面,并且在其他人也针对这个重要话题发表看法时拓展工业领域的协作。


TI正在通过可靠且值得信赖的GaN产品努力打造一个能效更高的未来,同时也将数年的矽制造专业知识和先进装置开发技术引入到GaN中。 TI一直充分利用现有的生产制造基础设施和能力,使600V GaN工艺符合要求。为了确保可靠性和稳健耐用性,在对TI的装置进行测试时,TI所使用的GaN特定测试方法的有效性远远超过了传统矽品质鉴定做法。


借助于合格的装置,电源设计人员能够实现GaN的满功率运行,从而打破市场普及阻碍,而最为重要的一点是,这使我们有可能生活在一个效能更高的世界中。


(本文作者Sandeep Bahl任职于德州仪器)


注:白皮书原文网址:http://www.ti.com/lit/wp/slyy070/slyy070.pdf


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