展会新闻 » 【走进镓未来】氮化镓技术成就绿色能源未来
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第三代半导体GaN氮化镓具备宽禁带特征,性能优异,氮化镓器件可在200°C以上的高温下工作,承载更高的能量密度,且具备更高的可靠性、能效比、运行速度。随着技术进步及应用场景不断增加,氮化镓器件成本中外延成本占约2/3,有较大下降空间;另一方面,氮化镓器件为平面器件,与现有硅半导体工艺兼容性更强,更易于集成,降低用户使用门槛。

光电、射频、电力电子是氮化镓的主要应用场景。据统计数据显示,氮化镓材料在光电领域应用最多,占比68%,其次为射频领域,占比20%,电力电子领域占比为10%。

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今天就跟随小编来到于第三代半导体GaN-on-Si器件技术创新和领先企业-珠海镓未来科技有限公司,并与镓未来科技市场总监张大江先生进行行业交流。
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张大江先生,珠海镓未来科技市场总监,毕业于清华大学电子工程系,从事电源及功率半导体行业14年,先后担任国内企业电源研发工程师,万国半导体(AOS)功率MOSFET现场应用工程师、宽禁带产品线(GaN和SiC)市场工程师及快充MOSFET产品线经理。其主导规划的快充同步整流MOSFET在国内首个快充产品上实现了量产,长年市场占有率达第一。其主导规划的氮化镓快充专用同步MOSFET以高效率高可靠性深受业内好评。

珠海镓未来科技有限公司成立于2020年10月,镓未来致力于第三代半导体GaN-on-Si器件技术创新和领先。通过高起点/强队伍等,实现GaN技术的国产化,推动GaN器件的技术的世界领先,并且通过电源系统的创新设计,实现能源的绿色/高效利用。

镓未来创始团队结合产业界&学术界,填补了国内大功率氮化镓的空白。镓未来想让客户了解到氮化镓并不难以应用,氮化镓实际上可以做很大功率

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现在一提到氮化镓,很多人第一反应就是快充。然镓未来也是有很多优秀的氮化镓快充产品方案,但其并不是镓未来的利润重点。真正发挥氮化镓产品优势的领域是,改变国家能耗结构的领域,比如数据中心。

2020年9月,中国在联合国大会上向世界宣布了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标。数据中心的能耗大概占了我国发电量的10%器电源产品能效标准是按照金牌、白金牌、钛金牌划分。钛金牌是目前最高能效标准。但其实我国很多数据中心的电源效率并不高,有些连金牌标准都达不到。

钛金牌的标准是满载的时候需要达到91%的效率。镓未来现有氮化镓在特殊服务器电源(CPU、GPU供电成功案例,做到了3400瓦。该客户案例做到了96%的效率,从9%的损耗,降到了4%的损耗。

3400W 服务器电源 with G1N65R035TB
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钛金版2500W 服务器电源 with G1N65R035TB

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如果能把我国数据中心的能效提高,从90%的效率能提高到95%,每年就能节省出千分之五的每年发电量,这是一个非常大的数字。

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现在商业用电价格是在缓慢上浮的。数据中心运营商会渐渐发现用氮化镓电源来为数据中心供电,只需要最慢两年、最快一年就能实现成本回收。不仅是响应国家政策,为环保做贡献,也给数据中心运营商带来实际经济效益。目前镓未来在氮化镓大功率电源超过70%市场占有率。

氮化镓天生适合高频,频率高了,电感、电容尺寸都能做小。如电脑充电器、适配器等使用氮化镓技术后,可以缩小到原尺寸的30%。

以240瓦电源适配器为例,使用化镓技术能把尺寸做很小,重量也能很轻,但为什么还用硅?结在于驱动很困难,其VGSTH(开启电压)特别低,大概只有1.7-1.8伏。一旦有干扰信号过来,器件就有损坏的风险。线路里面的干扰信号必须处理的非常很干净才行。

镓未来产品设计理念就是尽可能降低客户开发难度。让氮化镓驱动与硅器件一样容易,同时其他参数,如导通损耗、开关损耗,依然维持氮化镓的特性。简而言之就是把频率做高,效率做高、把尺寸做小。同时还不难开发,驱动很容易,热也很容易。

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再以充电宝为例,其自身电池已占据很大空间,如果充电器又占很大的空间,产品体积变大,失去了便携的特性。所以新一代的充电宝都采用了氮化镓技术。还有最近比较热门的,便携式储能双向快充,1000瓦充电,1000瓦放电。镓未来可以提供标准化的一个控制板,搭配指定氮化镓器件。

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镓未来整条供应链自主度高、良率高、产能大海外Fab,月9000片6吋产能,良率可以做接近95%,良率与硅相当。同时镓未来在湖南自建封测厂,珠海Fab也在规划中。

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镓未来可以提供非常强大的AE支持,超20名AE工程师团队,从30瓦一直到10000瓦都能做好服务。同时配备有3000瓦以上的大功率AE实验,以及1500瓦以下的实验室。涵盖了从模拟到数字方案。大功率数字方案,小功率模拟方案。实验设备投入规模超2000万元。

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一些国际公司氮化镓OBC方案,就是只做一个Demo。Demo交付后,客户需要自己慢慢琢磨。镓未来可以为客户做好控制板,烧录好程序,商务人员直接送到客户手里。整个控制由镓未来全部解决了。客户相当于直接购买PCBA。如果客户有需要,镓未来还可以提供涵盖热设计等一站式服务。

镓未来产品兼具大功率、高效率、小尺寸、重量轻4个特点。便携式的户外储能是镓未来重点开发市场之一。现在很多便携式的外储充电的功率大概只有100-200瓦。充电需要十几个小时。如果用氮化镓器件,大功率1000瓦起步,甚至3000瓦,半小时就能充满。而且整个充电线路不仅可以给电池充电,放电的时候它还是一个逆变器。一套线路实现两套的功能,既实现储存电源快充,又能提供220伏的逆变输出。新能源汽车车载充电机也是镓未来重点市场。电动汽车的车载充电机,车空间有限,正需尺寸小、重量轻、效率高的特性。目前镓未来晶圆厂已经通过了车规
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镓未来应用参考设计Roadmap

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镓未来将通过核心技术自研+全产业链的布局,推动高端氮化镓功率器件大规模产业化应用,不断夯实核心竞争力,成为国际一流的氮化镓功率器件供应商。
第三代半导体产业发展高峰论坛将于2022年1月6日下午,深圳国际会展中心,4号馆举行。镓未来市场总监张大江先生将带来《氮化镓成就绿色能源未来》主题演讲,诚邀您莅临交流!

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SEMI-e

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