展會新聞 ? 【走進鎵未來】氮化鎵技術成就綠色能源未來
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第三代半導體GaN氮化鎵具備寬禁帶特征,性能優異,氮化鎵器件可在200°C以上的高溫下工作,承載更高的能量密度,且具備更高的可靠性、能效比、運行速度。隨著技術進步及應用場景不斷增加,氮化鎵器件成本中外延成本占約2/3,有較大下降空間;另一方面,氮化鎵器件為平面器件,與現有硅半導體工藝兼容性更強,更易于集成,降低用戶使用門檻。

光電、射頻、電力電子是氮化鎵的主要應用場景。據統計數據顯示,氮化鎵材料在光電領域應用最多,占比68%,其次為射頻領域,占比20%,電力電子領域占比為10%。

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今天就跟隨小編來到于第三代半導體GaN-on-Si器件技術創新和領先企業-珠海鎵未來科技有限公司,并與鎵未來科技市場總監張大江先生進行行業交流。
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張大江先生,珠海鎵未來科技市場總監,畢業于清華大學電子工程系,從事電源及功率半導體行業14年,先后擔任國內企業電源研發工程師,萬國半導體(AOS)功率MOSFET現場應用工程師、寬禁帶產品線(GaN和SiC)市場工程師及快充MOSFET產品線經理。其主導規劃的快充同步整流MOSFET在國內首個快充產品上實現了量產,長年市場占有率達第一。其主導規劃的氮化鎵快充專用同步MOSFET以高效率高可靠性深受業內好評。

珠海鎵未來科技有限公司成立于2020年10月,鎵未來致力于第三代半導體GaN-on-Si器件技術創新和領先。通過高起點/強隊伍等,實現GaN技術的國產化,推動GaN器件的技術的世界領先,并且通過電源系統的創新設計,實現能源的綠色/高效利用。

鎵未來創始團隊結合產業界&學術界,填補了國內大功率氮化鎵的空白。鎵未來想讓客戶了解到氮化鎵并不難以應用,氮化鎵實際上可以做很大功率。

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現在一提到氮化鎵,很多人第一反應就是快充。然鎵未來也是有很多優秀的氮化鎵快充產品方案,但其并不是鎵未來的利潤重點。真正發揮氮化鎵產品優勢的領域是,改變國家能耗結構的領域,比如數據中心。

2020年9月,中國在聯合國大會上向世界宣布了2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和的目標。數據中心的能耗大概占了我國發電量的10%。器電源產品能效標準是按照金牌、白金牌、鈦金牌劃分。鈦金牌是目前最高能效標準。但其實我國很多數據中心的電源效率并不高,有些連金牌標準都達不到。

鈦金牌的標準是滿載的時候需要達到91%的效率。鎵未來現有氮化鎵在特殊服務器電源(CPU、GPU供電成功案例,做到了3400瓦。該客戶案例做到了96%的效率,從9%的損耗,降到了4%的損耗。

3400W 服務器電源 with G1N65R035TB
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鈦金版2500W 服務器電源 with G1N65R035TB

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如果能把我國數據中心的能效提高,從90%的效率能提高到95%,每年就能節省出千分之五的每年發電量,這是一個非常大的數字。

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現在商業用電價格是在緩慢上浮的。數據中心運營商會漸漸發現用氮化鎵電源來為數據中心供電,只需要最慢兩年、最快一年就能實現成本回收。不僅是響應國家政策,為環保做貢獻,也給數據中心運營商帶來實際經濟效益。目前鎵未來在氮化鎵大功率電源超過70%市場占有率。

氮化鎵天生適合高頻,頻率高了,電感、電容尺寸都能做小。如電腦充電器、適配器等使用氮化鎵技術后,可以縮小到原尺寸的30%。

以240瓦電源適配器為例,使用化鎵技術能把尺寸做很小,重量也能很輕,但為什么還用硅?結在于驅動很困難,其VGSTH(開啟電壓)特別低,大概只有1.7-1.8伏。一旦有干擾信號過來,器件就有損壞的風險。線路里面的干擾信號必須處理的非常很干凈才行。

鎵未來產品設計理念就是盡可能降低客戶開發難度。讓氮化鎵驅動與硅器件一樣容易,同時其他參數,如導通損耗、開關損耗,依然維持氮化鎵的特性。簡而言之就是把頻率做高,效率做高、把尺寸做小。同時還不難開發,驅動很容易,熱也很容易。

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再以充電寶為例,其自身電池已占據很大空間,如果充電器又占很大的空間,產品體積變大,失去了便攜的特性。所以新一代的充電寶都采用了氮化鎵技術。還有最近比較熱門的,便攜式儲能雙向快充,1000瓦充電,1000瓦放電。鎵未來可以提供標準化的一個控制板,搭配指定氮化鎵器件。

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鎵未來整條供應鏈自主度高、良率高、產能大。海外Fab,月9000片6吋產能,良率可以做接近95%,良率與硅相當。同時鎵未來在湖南自建封測廠,珠海Fab也在規劃中。

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鎵未來可以提供非常強大的AE支持,超20名AE工程師團隊,從30瓦一直到10000瓦都能做好服務。同時配備有3000瓦以上的大功率AE實驗,以及1500瓦以下的實驗室。涵蓋了從模擬到數字方案。大功率數字方案,小功率模擬方案。實驗設備投入規模超2000萬元。

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一些國際公司氮化鎵OBC方案,就是只做一個Demo。Demo交付后,客戶需要自己慢慢琢磨。鎵未來可以為客戶做好控制板,燒錄好程序,商務人員直接送到客戶手里。整個控制由鎵未來全部解決了??蛻粝喈斢谥苯淤徺IPCBA。如果客戶有需要,鎵未來還可以提供涵蓋熱設計等一站式服務。

鎵未來產品兼具大功率、高效率、小尺寸、重量輕4個特點。便攜式的戶外儲能是鎵未來重點開發市場之一?,F在很多便攜式的外儲充電的功率大概只有100-200瓦。充電需要十幾個小時。如果用氮化鎵器件,大功率1000瓦起步,甚至3000瓦,半小時就能充滿。而且整個充電線路不僅可以給電池充電,放電的時候它還是一個逆變器。一套線路實現兩套的功能,既實現儲存電源快充,又能提供220伏的逆變輸出。新能源汽車車載充電機也是鎵未來重點市場。電動汽車的車載充電機,車空間有限,正需尺寸小、重量輕、效率高的特性。目前鎵未來晶圓廠已經通過了車規。
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鎵未來應用參考設計Roadmap

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鎵未來將通過核心技術自研+全產業鏈的布局,推動高端氮化鎵功率器件大規模產業化應用,不斷夯實核心競爭力,成為國際一流的氮化鎵功率器件供應商。
第三代半導體產業發展高峰論壇將于2022年1月6日下午,深圳國際會展中心,4號館舉行。鎵未來市場總監,張大江先生將帶來《氮化鎵成就綠色能源未來》主題演講,誠邀您蒞臨交流!

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