能华半导体推出1200V氮化镓(GaN)产品

随着电动汽车的普及，整车电气系统的升级和优化已成为行业焦点。为实现更快速充电和更高效能量转换，越来越多的新能源厂商选择采用高达800V的动力电池。这一趋势推动了汽车充电设备和电动驱动系统对更高电压等级的功率器件的迫切需求，其中1200V器件成为必不可少的组成部分。目前，典型应用中使用的是IGBT和SiC MOSFET，然而，随着人们对电动汽车快速高效充电和续航里程的迫切需求，具有更低开关损耗的GaN材料逐渐成为备受期待的选择。

GaN功率器件曾经被广泛认为适用于中高压（650V-900V）领域，在1200V及以上的应用中仍存在一定难度，主要的挑战在于高电压下的耐压和可靠性。能华半导体凭借多年的GaN功率器件技术积累，通过对外延材料和工艺制程的精心优化，采用蓝宝石衬底及特殊的缓冲层结构，并结合关键的工艺制程，成功研发出了能够应对1200V电压的耗尽型GaN功率器件。图1展示了这一器件的示意结构，为这一技术突破提供了直观的呈现。

图1 1200V 耗尽型GaN器件结构示意图

对器件的静态参数做了测试图2可以看到器件的输出曲线良好，在栅压0V，电流为5A的条件下，器件的内阻在181毫欧。从器件的耐压曲线上看，在2000V的高压下，器件的漏电流仍然非常小（<1uA），完全满足1200V的耐压要求。

  对车规级应用来说，器件的可靠性要求更高，因此需要更严苛的测试条件。对高温下器件的动态特性进行测试，并对比常规的Si基GaN功率器件（图3）。能华半导体研发的1200V 器件，在温度高达225°C时，电阻增加量仍然能控制在20%以内，显示了良好的动态特性。

图3 蓝宝石基GaN器件相对于Si基GaN器件的动态电阻

在老化测试方面，能华半导体的1200V器件也表现出了良好的可靠性，通过了1000小时的高温反偏应力测试（HTRB），以及1000小时高温栅极应力测试（HTGB），分别如图4、图5所示。

图4  通过1000小时HTRB测试

      图5  通过1000小时HTGB测试

1200V耗尽型GaN器件与低压Si MOS级联后形成Cascode结构的GaN功率器件。能华半导体目前推出了两种1200V Cascode GaN功率器件规格（图6），主要面对新能源、汽车以及一些工业类等应用场景，在这些应用中，目前广泛使用的1200V器件主要是高压Si MOSFET、SiC MOSFET以及IGBT。通过引入Cascode GaN器件，能华半导体期望为这些领域提供更加高效、可靠的功率解决方案。

   图6 1200V Cascode GaN器件规格书

1200V功率器件不仅可以在电动汽车的OBC和电驱系统中发挥关键作用，还可以在充电桩和新能源发电应用中发挥重要作用。以充电桩为例，一般情况下其输入电压为380V三相交流，经过三相PFC后母线电压高达800V。为了应对这种较高的电压应力，需要使用更高电压等级的功率器件，如1200V级别的器件。这些器件能够承受更高的电压并提供更稳定可靠的性能，从而保证充电桩的高效运行和快速充电。

在新能源发电应用中，1200V功率器件同样扮演着关键角色。随着可再生能源的快速发展，如太阳能和风能等，需要将这些能源有效地转换为电能并接入电网。在这一过程中，1200V甚至1700V的功率器件可以帮助实现高效的能量转换和稳定的电力输出。通过采用高电压等级的器件，可以提高系统的效率和可靠性，同时带来更好的功率密度和性能表现，为新能源发电系统的可持续发展提供支持。

能华半导体1200V Cascode GaN器件与MOSFET(Si / SiC)以及IGBT相比在性能方面更具有优势，器件具有更低的导通损耗和开关损耗，能够提升应用系统的能源转换效率；并且GaN器件非常适合高频下工作，开关频率可以达到上限1MHz，可以减小应用系统的体积，提升功率密度。

总体来说，能华半导体推出的1200V 功率器件，具有低成本、高可靠性、出色的耐压性能以及动态特性稳定等特点，在工业级应用及车规级应用方面，具有很大的应用潜力; 此外，基于能华半导体目前的技术平台，1700V的GaN功率器件也在积极研发当中。