Page 11 - 第三代半導體明日之星---碳化矽功率元件近況與展望
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MOSFET的設計，這已經被現在絕 大多數基於SiC的電力電子系統採 用了。
首先，Lidow對GaN的優勢進行 了討論。設計人員首先提出的一些問 題是「什麼時候適合使用GaN、它有 哪些優勢等等」，其中，Lidow表示， 最大的問題實際上是「為什麼要繼 續使用矽?」
氮化鎵的基礎知識
圖1:Si、GaN和SiC的材料比較。 (圖片來源:EPC)
PULSE
GaN有很多優點。「它更小、 更快、更高效、成本更低，這已反 映在過去幾年的市場定價中。」然 而，Lidow表示，GaN技術有兩個顯 著優勢，就是其抗輻射性和整合度。 「相較於其他產品，GaN定義未來 電源轉換的最大優勢在於它更容易 整合多個功率元件。」
圖2:增強型eGaN FET。
圖3:晶片級封裝熱阻。
(圖片來源:EPC)
在對各種材料的基本半導體 特性(能隙寬度、臨界電場和電子 遷移率)進行比較後可知，GaN是 一 種 優 越 的 材 料 。 L i d o w 說 :「 S i 的 能隙寬度略高於1eV，臨界電子場 為0.23MV/cm，相形之下，GaN的 電子遷移率和能隙寬度更大，這意 味著鎵原子和氮原子在晶格中的 鍵合比矽之間更加緊密。它與SiC 非常相似，兩者的能隙寬度都約為 3.26eV。」
(圖片來源:EPC)
他指出，這可反映在臨界電場 中，GaN的臨界電場更大一個數量 級以上。這意味著未來的電源裝置 可以做得更小。
Lidow進一步探討GaN如何使 用這些特性來產生二維電子氣，以及 為什麼這具有優勢。此外，他還提到 了增強型元件，例如，可以透過開發 摻雜鎂的GaN晶體，然後在其上生長 富含受體的晶體來製造(圖2)。
GaN和Si基本上受限於連接到 PCB的焊點數量，以及PCB傳導熱 量的能力，但從接面到外殼的熱阻 來看(這會使熱量從其他方向散發出 去)，GaN元件的優勢是矽的6倍，他 補充說(圖3)。
GaN的另一個優勢是它比Si或 SiC具有更好的電子遷移率，使其根 本上就是一種優越的半導體。他補 充說。據Lidow所述，由於臨界電場
熱管理是GaN的另一個優 勢。Lidow表示他一直被問及如何 從這些微型GaN元件中進行散熱。 「雖然GaN元件很小，但其導通電
「這意味著無論是將空氣吹過 元件還是在頂部進行更先進的散 熱管理，如果有任何類型的頂部冷 卻，都可以獲得更高的功率密度。 事實上，對於相同尺寸的GaN元件
的優勢，SiC和GaN的理論極限都明 顯優於Si，而GaN比起另外兩種材 料也更具有優勢，原因就在於其更高 的臨界電場和更好的電子遷移率。
阻和開關損耗要低得多，因此它不 會產生那麼多熱量，這又是一個基 本優勢。」
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