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受访人：Robert Taylor是德州仪器(TI)负责工业和个人电子市场定制电源设计的应用经理。在过去的20年里，他的团队每年负责500设计了1.5万个电源。Robert于2002年加入TI，大部分时间都是各种应用的电源设计师。Robert佛罗里达大学电气工程学士学位和硕士学位。

1.氮化镓和碳化硅属于第三代半导体。在材料特性上有什么相似之处和差异？根据其不同的特点，适用于哪些应用领域？贵公司目前在SiC和GaN半导体器件的主要产品有哪些？

晶体管与传统的硅金属氧化物半导体效应(MOSFET)氮化镓相比(GaN)和碳化硅(SiC)场效应晶体管可以实现更高水平的功率密度和效率。虽然这两种技术都是宽带间隙，但氮化镓和碳化硅之间存在根本差异，这使得其中一种在某些拓扑结构和应用中比另一种更合适。

氮化镓和碳化硅的功率水平虽然重叠，但各自解决的功率需求不同。TI中国官网高达17000的硅化器件V电压和高电流承载能力。这使得它们非常适合汽车和机车牵引逆变器、大功率太阳能发电站和大型三相电网变流器。碳化硅进入市场的时间稍长，因此有更多的选择。例如，碳化硅支持比目前可用的氮化镓解决方案更广泛的电压和导电阻。

另一方面，氮化镓的基本特性使其更适合服务器、电信电源等高功率密度的关键应用；工业AC/DC和电源；以及高功率USB-C充电器。将氮化镓器件与类似的碳化硅器件直接比较，氮化镓器件的转移损耗将降低25%-50%，并支持更高的工作频率。这些优点来自于氮化镓输入输出电容较低，零反向恢复电荷，可以大大降低功耗。

在目前的半导体形势下，许多设备和技术供不应求，讨论碳化硅和氮化镓的制造工艺也很重要。碳化硅功率场效应管是在碳化硅晶圆上制造的，这意味着碳化硅有一个独立的供应链，不如硅强。此外，约70%的碳化硅晶圆来自供应商，这增加了选择碳化硅的风险。氮化镓功率器件几乎总是建立在硅晶圆上，这与其他氮化镓技术的重要区别是使用碳化硅或氮化镓晶圆并经常用于射频。这种硅基氮化镓工艺意味着氮化镓可以使用更便宜的硅晶圆供应链。

在TI，我们最近发布了三种新的氮化镓产品：LMG3422R030、LMG3422R050和LMG3522R030-Q1。该系列氮化镓产品采用底部和顶部冷却包装，具有多种不同的导电阻，是第一个满足要求的产品AEC-Q100汽车市场集成了栅极驱动的氮化镓装置。为了生产更高效、更高功率密度的电源，它们已被几家领先的电源制造商采用。不需要提高效率和功率密度的终端设备倾向于保持现有技术。

2.功率器件是第三代半导体的重要应用领域之一。你认为第三代半导体在功率器件应用中的技术优势是什么，技术指标的突破和新应用的出现是什么？

以现有的硅器件为例MOSFET或IGBT相比，GaN和SiC由于不同的物理特性，它是一种具有更好开关性能的新型半导体材料。具体而言，GaN输入输出电容低得多，零反向恢复电荷显著降低功耗。TI的GaN解决方案更进一步，将栅极驱动器与GaN FET集成，实现了更高的压摆率。开关频率更快，功率损耗更低。在市场上，需要更高效率和功率密度的应用正以极快的速度向前发展GaN产品过渡。

相对于MOSFET和IGBT器件，GaN该装置提供了快速开关时间、低导电阻、低门极电容等实质性改进(例如，GaN单位门极电荷小于1nC-Ω，而Si单位门极电荷为4nC-Ω），在减少栅极驱动损耗的同时，这些特性可以实现更快的导通和关闭。GaN还提供了较低的单位输出电容(典型的GaN装置的单位输出电荷为5nC-Ω，而传统的Si器件为25nC-Ω），这使得设计师能够在不增加开关损耗的情况下实现更高的开关频率，这意味着设计师可以减少电源系统中磁性元件的尺寸、重量和数量。氮化镓器件以更快的开关速度，帮助设计师实现了500多千赫兹的开关频率，从而减少了系统中磁体积的60%，提高了性能，降低了系统成本。

4.新能源汽车和充电桩也是第三代半导体的主要应用领域之一。你认为第三代半导体在这两个方面的主要技术应用优势是什么？系统的效率和性能能能带来什么新的改进和新应用的可能性？

德州仪器(TI)氮化镓功率器件系列专注于集成氮化镓的关键特性，以突出氮化镓的优势。我们的氮化镓器件产品系列集成了栅极驱动器和电源管理功能，有助于设计更高频率和更小尺寸的氮化镓。2020年TI该行业推出了第一款集成驱动器650V车用GaN FET产品LMG3522R030-Q1。

它针对400V电池系统的3.3kW至7kW优化了车载充电应用。在我们身上PMP22650、6.6kW车载参考设计中，展示了使用我们的氮化镓器件实现3.8kW/L功率密度和97%效率的能力。这也证明了氮化镓给非车载电动汽车充电器带来巨大的好处。

5.数据中心是节能降耗的重要应用领域。你认为第三代半导体能在哪些方面提高数据中心的能源利用效率？哪些第三代半导体产品可以广泛应用于数据中心。第三代半导体的应用将如何影响数据中心功能的升级？

氮化镓器件用于设计支持存储、云应用和中央计算能力的电信和服务器系统，可以提供能源效率和功能优势。TI氮化镓设计可达80Plus Titanium标准，校正99%以上的功率因素(PFC)效率。最近，我们在这里TIDA-99%的效率在010203中配置。PFC参考设计，几个主电源已经开始使用TI氮化镓器件。

6.随着第三代半导体材料的推广和应用，氮化镓未来除了迅速占领快速充电领域的市场外，还可能出现在哪些领域？贵公司有哪些产品和解决方案？

氮化镓将在未来10到20年得到更广泛的应用。氮化镓的一些初始用户是生产的USB我们预计氮化镓在消费品市场的应用将更受欢迎。目前，氮化镓服务器、计算机和工业电源已投入使用，预计未来五年将获得更多的商业应用。氮化镓也将广泛应用于机器人、电机驱动、汽车充电、太阳能电器等工业领域。在目前的汽车市场上，客户正试图在未来的汽车充电器和高压直流转换器中使用氮化镓。氮化镓有望在未来五年得到更广泛的应用。我们还注意到氮化镓被用作氮化镓"高功率"因此，看到其他应用程序以创新的方式配置氮化镓器件也很有趣。

7.您认为随着成本的下降，未来GaN二极管能否代中低功率领域的二极管？IGBT、MOSFET等待硅基功率器件？第三代半导体在功率器件工艺上发生了哪些变化？

互补共生是描述这些功率半导体器件未来竞争特征的好词。在汽车市场上，氮化镓和二次侧的一次侧使用可以找到IGBTs高压至低压直流/直流转换器。在TI在现有的参考设计中，我们将使用氮化镓IGBTs或者任何技术为特定应用程序提供最佳性能。在需要更高效、更小尺寸的设计中，氮化镓的优势可以最大化。