Cambridge GaN Devices（CGD） 业务发展副总裁 Andrea Bricconi 接受 EETimes 《Power Up》播客栏目组采访，分析了驱动宽禁带生态系统发展的最新技术进展。CGD 正利用其具有知识产权的氮化镓技术，研发一系列节能的基于氮化镓的集成功率电子器件（GaN IC），产品将来可应用于消费者产品、开关电源、照明、数据中心和汽车市场。
导语：今天的主题是氮化镓和氮化镓晶体管。氮化镓是一种宽禁带半导体材料，正逐步应用于部分功率电子器件中。氮化镓具有优越的特质，与硅相比，它具有更高的功率密度，耐高温性，和更高的开关频率。氮化镓极大提升了功率转换阶段的效率，在生产高效率的电压转换器时能够成为极具价值的硅替代品。与硅相比，氮化镓具有以下优势：能源转换效率更高，尺寸更小，重量更轻，整体成本更低。
MAURIZIODI PAOLO EMILIO（主持人）：我们开始第一个问题：为什么是氮化镓？作为一种半导体材料，氮化镓似乎在很多领域的应用上拥有比硅更明显的内在优势。在哪些应用上氮化镓已经拥有一定的市场占有率？又在哪些应用上具有广阔前景呢？
ANDREA BRICCONI: 为什么是氮化镓？应该反过来问，为什么不是？我认为氮化镓是现存的最振奋人心的一种材料。如果想使电力电子器件向前推进一大步，实现更高的效率，氮化镓拥有你需要的一切。经历了多年被寄予厚望与不断试错，这种材料现在是成熟，并且可行的。
在氮化镓领域工作是一件非常有意思的事情，你能感觉到你正处于一项特殊的征程中，这种机会几十年一遇。
市场在蓬勃发展，从低功率AC/DC应用，例如手机充电器、电源适配器，还有基本上所有的消费电子产品的开关模式电源。同时，我们也看到在经历了多年的试验活动后，服务器电源领域顺应高效节能的市场趋势和日渐严格的法规，对氮化镓的呼声日益高涨。除此之外，在低压领域，比如300 V 以下，氮化镓正帮助 DC/DC 转换器缩小尺寸，这些转换器的应用包括机器人、无人机、电信（这里我指的是实体的电信站）。因此，市场对更轻、更小的需求是十分迫切的，而此时氮化镓进入了市场，并且正逐步取代传统的硅解决方案。
如果我们聚焦新兴的应用，在一些硅无法提供解决方案的领域，氮化镓正获得越来越多的关注。低压领域里的无线充电器是个很好的例子，尤其是对于工作频率在6.78兆赫兹，或是两倍于6.78兆赫兹的 E 级无线充，氮化镓带来的效率优势显而易见。对于要在几纳秒内转换大量电流的应用，比如自动驾驶需要的激光雷达，还没有一种材料能替代氮化镓。
所以我认为，如果因为市场需求（比如轻便）或是国际法规，使得更小巧轻便的应用成为目标，氮化镓将会在这个过程中扮演越来越重要的角色。
就轻便而言，请想象一下终端用户，比如我和你，我们会希望携带尽可能轻巧的移动充电器出门，但同时希望它的储电能力强大，能给不止一台设备充电，还支持快充。当然，利用硅可以获得更大的电力，但是充电器会变得十分笨重。如果你想实现非常高的功率密度和电源容量，但大幅减少电源体积，那么氮化镓就是正确选择。
另一方面，因为我们之前在谈论国际法规和能源利用效率，就不得不提到数据中心。在2030年末，数据中心的用电量预计将翻番，达到800亿瓦。我们需要充分利用电力。氮化镓这种材料，就可以通过最大化地提升效率来减少电力浪费。
MAURIZIO DI PAOLO EMILIO：那么现在市场上已经有了好几种氮化镓器件的设计概念。您能说明一下哪些是主流的概念， 哪一种又是贵司的研发方向吗？我之前在一篇文章中提到过10点关于氮化镓你需要知道的事。其中有哪一点是您现在特别关注的吗？
ANDREA BRICCONI：啊哈是的，我记得这篇文章。其中有一点我之后会提到。但首先，请先让我回答一下您的第一部分问题：现存的设计概念，还有我们在此基础上做了什么改进。
现在市场上的氮化镓设计概念远远不止一两种，但是我们可以讨论这两种极端情况，也就是级联型氮化镓（以下称 cascode GaN）和增强型氮化镓（以下称 e-mode GaN）。Cascode GaN 实际上是第一款面世的氮化镓产品，多亏了我的第一家公司，也是当时研发功率氮化镓器件的先驱， International Rectifier （美国国际整流器公司，后并入英飞凌）首先开始在级联结构基础上研发氮化镓解决方案。我当时就在这个研发小组里。
顺便提一句，现在几乎所有氮化镓厂商的管理层里都有20年前和我一起奋斗的同事。可以说，我们的工作仍在世界上这么多家公司里延续。
谈回 Cascode，它是一个双芯片解决方案——至少需要两个芯片——通常要在氮化镓上串接一个低压 MOSFET，整个器件通过驱动 MOSFET 栅极运作。众所周知，这种概念使得操作简便，因为驱动一个低压 MOSFET 是非常容易的。因此 Cascode 被广泛认为是一项易于使用的概念。
当然它也有一些缺点。比如缺乏可扩展性。Cascode 解决方案适用于 600 V 或是 650 V 的高压应用场景。但如果你只想把这套概念应用到低压，比如 100 V 器件上，引入低压 MOSFET 做出的妥协就太大了——你完全失去了氮化镓的优势。
另一方面，我们可以讨论一下 e-mode GaN。它是一个单芯片常关型，一个完美充满魅力的解决方案。但是当然了，许多用户只想简单地用氮化镓来替代硅 MOSFET，最好不必做任何改变就能享有氮化镓的优越特性。
可惜的是，e-mode GaN 与硅 MOSFET 相比非常奇特。它的阈值电压非常低，只有大概1 V，这取决于栅极概念，但大体上位于1 V ~2 V之间，栅极的驱动电压最大不能超过6 V 或6.5 V。因此必须要使用一个氮化镓专用的栅极驱动器，或是增加一个钳位电路防止栅极电压过大而对栅极造成损坏。有时两者都需要。这或多或少说明了e-mode GaN 存在的问题。
现在我可以回答你的第二个问题，关于你提到的文章。文章提到大多数 e-mode GaN 解决方案都需要对栅极施加负电压才能转为常关。这没错，因为阈值电压极低，所以你希望避免（任何因为误触开关导致）PCB 短路的风险。现在市场上具备负压能力的栅极驱动器并不多。
可以看到，以上提到的概念都各有优缺点。CGD 研发的技术则既兼具 cascode 的易用性，又兼具 e-mode GaN 的简单（只需一颗芯片），规避了以上提到的所有缺点，包括不需要负压驱动。
※ Cambridge GaN Devices（CGD） 代理商-睿強實業
睿強實業股份有限公司為大中華區半導體元件代理商與解決方案供應商
关于 Cambridge GaN Devices
Cambridge GaN Devices（简称 CGD) 是一家是从剑桥大学分化出去的无晶圆厂半导体公司，由 Florin Udrea 教授和 Giorgia Longobardi 博士于 2016 年创立，公司成立的初衷是开发一项与功率器件有关的革命性技术。我们的使命是：交付最高效易用的晶体管，塑造功率电子元件的未来。CGD 投身 GaN 晶体管和 IC 的设计、开发和商业化运作，能够激发能效和功率层面的根本性变革，确保产品适合投入大批量生产。
CGD 的 ICeGaN™ 技术有强大的知识产权储备作为保护——作为一家拥有远大抱负的公司，CGD 依靠领先的创新技能不断充实完善其知识产品储备。除了数百万的种子基金和 A 轮私人投资之外，CGD 迄今已成功拿下了四个 iUK、BEIS 和 EU (Penta) 资助项目。CGD 团队专业实力过硬，熟悉商业运营规律，在功率电子市场积累了广泛的口碑基础，这些都是其专有技术能够迅速展现市场牵引力的资本。
