甘EPC 2152 -一个完全集成的网格状的IC
我们正在观察越来越趋势的模拟集成电路到氮化镓氮化镓功率高电子迁移率晶体管(HEMT)死亡。Navitas开创了这种方法在高电压(> 100 V)“GaNFast”技术。多个竞争对手采取了另一种集成功率级(IPS)的方法。
斯蒂芬·拉塞尔(由尤金Hsu)
EPC 2152 -甘完全集成网格状的IC
其中GaN HEMT死与基于Si co-packaged驱动器集成电路,功率集成圣微电子,英飞凌和德州仪器都采取这种方法,最近我们甚至看到Navitas GaNFast“第三代”与“GaNSense”将基于硅的集成电路在我们的氮化镓功率平面布置图报告中的NV6134发现小米120 W USB-C充电器。
氮化镓是集成的主要两个原因:
- 减少债券线寄生电感的切换性能最大化GaN设备(GaN作为功率器件材料最吸引人的属性)
- 减少组件数量,因此产品足迹和包装的复杂性。
在一个集成的功率级安排,半桥电路需要至少三个独立的死亡(高端和下部氮化镓功率HEMT +硅IC驱动+相关死连接导线债券和潜在的不同)。更深入地在这可以找到我们最近博客GaN包装方法。
的EPC2152产品从高效能量转化(EPC)有芯片规模包身高仅3.8毫米x 2.6毫米0.6毫米在80 V, 12.5 a。进行比较的德州仪器LMG5200 IPS设计包大小为8.0毫米x 6.0毫米x 1.6毫米,它是相同的电压(80 V)和略低电流(10)。
一个演示板从EPC (EPC9146)演示了一个400 W逆变器为低成本刷马达身高仅81 mm x 75 mm实现使用EPC2152效率大于98.4%。
这些优势当然需要平衡电力系统中的灵活性即能力改变组件驱动电路以及设备资格过程中额外的复杂性和产品收率。
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创新的制造技术的结合
超出了产品尺寸小,我们观察到其他几个创新在整个GaN死去。没有单独的必然是破坏性的,但共同形成一个令人印象深刻的独特的产品。图1从我们最近的权力的要点总结显示了半桥GaN IC布局在门口和源/漏接触水平。
图1所示。块注释的EPC2152 deprocessed死去。
图2显示了一个总体概述HEMT的数组。乍一看,他们是典型的类似GaN HEMTs相比我们观察到< = 100 V。利用两个金属层,P-GaN地区存在门接触下提供增强型(关)操作和一个源连接板采用。drain-drain音高相同的高和低侧HEMTs给大约类似特定导通电阻(RDS(上)为每个HEMT *一个)。
图2。EPC2152 GaN HEMT数组的概述。
当仔细看看平面图的HEMT数组,我们可以看到一个创新的特性。图3显示了一个交错GaN腐蚀浅-深-甘通过创建一个底层Si衬底接触,这是目前整个死,高和低侧HEMT数组以及司机/逻辑电路。through-GaN腐蚀也用于高端HEMT周围的地区创建一个隔离沟和crack-stop死亡边缘。这在氮化镓衬底接触是一种相对较新的创新设备,尽管我们还观察到,在我们所做的那样权力基本报告德州仪器LMG5200。
图3。接触衬底计划视图中可见SEM GaN HEMT数组的地区。
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个人之间的电气隔离从HEMTs GaN HEMT设备和模拟电路是至关重要的。腐蚀的能力通过整体氮化镓外延很适合这一目的,将高电压从低地区。
衬底的接触的目的是特别有趣的。EPC证明这项技术早在2010年专利申请。类似的方法也学术文献中描述压制backgating效应monoloithically集成网格状。本文联系底层硅使衬底和保持相同的潜在来源,尽管SOI设备。
图4显示了一个横截面的接触,深GaN epi腐蚀和浅GaN epi腐蚀。
图4。接触基板的截面视图。
进一步创新驱动电路和门堆栈
我们观察到小HEMT模拟电路地区结构、电阻和MIM电容器所有utilisng HEMT本身相同的流程。这些提供栅极驱动GaN HEMTs以及附加功能如检测和保护。
最后看着门堆栈的TEM图像如图5所示,我们看到以及门接触下的p型地区还有其他薄沃甘和氮化镓层呈现在这个堆栈。这些可能与提高设备可靠性和抑制栅泄漏电流。
图5。额外的氮化镓&沃甘层观察到门口堆栈。
总结
高端和下部GaN HEMTs RDS(上)* ~ 0.3 mΩ.cm2他们相比,德州仪器LMG5200 IPS。高端和下部GaN HEMTs这种产品有RDS(上)* ~ 0.5 mΩ.cm2。
当比较等效离散市场100 V GaN HEMTs GaN HEMTs IC也竞争,例如我们测量氮化镓系统GS61008P ~ 0.8 mΩ.cm2虽然EPC的~ 0.2 mΩ.cm EPC2218设备2。这令人印象深刻的开态性能加上增强的切换,集成将会使得本产品吸引那些寻找现成的设备为其指定的应用程序(转换器,汽车司机和D类音频放大)。
另一个氮化镓IC我们最近分析了从EPC EPC21601 ToF激光驱动器集成电路在氮化镓功率平面布置图报告。这也显示了应用程序的多样性GaN可以吸引并重申在电力半导体器件没有“一刀切”的方法。这种低电压应用程序几乎是遥不可及的碳化硅(SiC),相反在更高的电压有应用程序正好相反。
