氮化镓技术优势明显......势必开拓更多应用领域
作者：Doug Bailey，Power Integrations市场营销与应用工程副总裁
SiC、GaN、SJ MOSFET和IGBT，孰优孰劣？每种技术都有其适用场景。因此，在Power Integrations，我们不会将GaN视为一个市场，而是一项技术。与SiC和各种不同的MOSFET技术一样，GaN只是我们众多技术中的一种，我们会根据具体应用，选择我们认为最合适的技术。
随着我们近期震撼（我认为用这个词来形容非常恰当）推出1700V额定耐压的氮化镓器件，人们对氮化镓地位的看法发生了重大变化。让我们换个角度来看：1700V比我们之前的最高耐压产品高出450V，比任何其他厂商提供的最高耐压产品（我们相信目前尚未量产）高出70%。而与此同时，大多数氮化镓厂商在突破750V的瓶颈上仍面临困难。我们推出了一款1700V额定耐压的反激式电源IC，也即InnoMux™-2，因此可以轻松应对1000VDC的母线电压应用。该产品现已接受订购，批量订购交货期为16周，样品现货供应。
这对行业以及整个围绕”GaN与SiC相比，哪种功率IC技术最好”的讨论意味着什么？
简而言之，我们相信氮化镓很快就能满足从几十瓦到几百瓦乃至千瓦级的所有应用领域的需求。
让我们展开分析一下。氮化镓在30W到240W的低功率充电器市场占据了主导地位，这是因为它比超结MOSFET更高效，开关损耗可忽略不计，并且导通电阻(RDSON)非常低，因此它可以实现更高的功率密度，电源产品可以做得更小或更强大，温升管理方面的挑战也大大降低。虽然MOSFET目前比氮化镓HEMT便宜，但由于需要采用先进的谐振拓扑结构和散热片，因此在系统层面的成本效益不如氮化镓。随着规模经济效应的显现和生产规模的扩大，氮化镓的这一优势只会进一步增强。MOSFET可能更适合极低功率应用（例如20W以下）的唯一原因就是氮化镓的晶粒尺寸对于低功率应用非常小，难以处理。
随着功率水平从500W、1kW到10kW的提升，氮化镓也在不断胜出。我们关注的应用包括冰箱、电单车充电器、洗衣机和其他白色家电、暖通空调压缩机、太阳能、某些汽车功能（如车载充电器和铅酸替换电池电路）以及服务器电源。所有这些都是从MOSFET过渡而来，部分应用已级转向碳化硅。既然碳化硅和氮化镓的效率不相上下，为什么氮化镓更胜一筹呢？原因很简单，就是成本。碳化硅需要消耗大量能源来达到所需的高加工温度，而氮化镓则不需要。氮化镓器件的生产成本本质上与硅器件相当，甚至只需进行较小的改动，就可以在同一生产线上生产。
越来越多的1kW至10kW应用将可以通过氮化镓得以实现（而这些应用以前都是MOSFET和碳化硅的天下），而且不会止步于此。目前，氮化镓的功率范围上限约为7-10kW，这还不足以满足电动汽车逆变器市场（潜在市场规模最大的单一功率IC应用）的需求，但只需再提高10倍，电动汽车的功率水平就能达到几百千瓦，而在高科技领域达到10倍的功率水平只需几年时间。没有实质性的约束，也没有物理限制......需要的不是发明或灵感，而是开发。
在极高功率领域，比如数兆瓦级风力涡轮机和千兆瓦级高压直流装置，IGBT已十分成熟，且价格相对便宜。因此，碳化硅看起来被挤进一个相对较小的市场领域，而这部分市场需要垂直技术所能提供的更大电流。
最后一点，当任何新技术出现或取得重大进展时，第一步通常是直接替换旧技术。但随后，会有聪明人提出：“没关系，但新技术可以让我们彻底重新思考现有设计 - 提出一个能够充分利用新技术的新概念，而无需沿用旧技术的要求。”我们将继续在微电子、封装、系统和算法层面进行创新，根据具体应用需求开发出新的功率产品，不断在效率、成本效益和元件数目方面实现突破，为新市场开辟新思路。
