圖6：工作在4 MHz頻率的單片式半橋IC比分立式器件的性能更為優(yōu)越。

Output Current：輸出電流

Efficiency：效率

33% die size reduction：減小了33%的裸片面積

Discrete Transistors：分立式晶體管

滲透進廣泛的應用中

目前已經(jīng)有很多應用使用eGaN FET或利用它開發(fā)全新應用。有四種應用已經(jīng)占去潛在市場的一半份額：無線電源傳送、LiDAR、包絡跟蹤及DC/DC 1/8磚式轉換器應用。

無線電源傳送

全球無線充電市場估計在2018年達100億美元，CAGR達42.6%!無線電源傳送應用采用的標準頻率為6.78 MHz，這是由于可用薄薄的線圈及屏蔽。MOSFET在這頻率下并不高效，eGaN FET則是這個應用的理想器件。業(yè)界領袖包括Qualcomm、Intel、Broadcom、Samsung、Deutche Telecom、Delphi及Witricity組成一個聯(lián)盟(A4WP)，利用由MIT隊伍開發(fā)的高度諧振無線電源技術，發(fā)展高頻無線功率傳送標準(6.78 MHz)并把它商用化。目前使用的無線電源傳送的應用包括移動電話、游戲控制器、手提電腦、平板電腦、醫(yī)療用的植入式儀器及電動汽車。

光學遙感技術

光學遙感技術 (LiDAR)使用鐳射脈沖快速形成三維圖像或為周圍環(huán)境制作電子地圖。該技術可實現(xiàn)高準確性、覆蓋更遼闊幅員及加快收集數(shù)據(jù)的速度及提高效率，其傳統(tǒng)應用包括繪制地圖、海岸線管理、地質測量、氣象學及探索自然資源等應用。相比日益老化的MOSFET器件，目前氮化鎵場效應晶體管的開關速度快十倍，使得LiDAR系統(tǒng)具備優(yōu)越的解像度及更快速反應時間等優(yōu)勢，由于可實現(xiàn)優(yōu)越的開關轉換，因此可推動更高準確性。這些性能推動全新及更廣闊的LiDAR應用領域的出現(xiàn)包括支持電玩應用的偵測實時動作、以手勢驅動指令的計算機及自動駕駛汽車等應用(圖8)。

圖8：采用LiDAR技術的應用。

包絡跟蹤

當無線傳送的數(shù)據(jù)日益增加，我們需要先進技術把更多的數(shù)據(jù)bits放進每一個射頻頻道。這種技術提高功率放大器的峰值/平均功率的比率(PAPR)。包絡跟蹤技術可以在具有高PAPR比率的系統(tǒng)內(nèi)使功率放大器實現(xiàn)最高效率。在一個使用包絡跟蹤的系統(tǒng)內(nèi)，一個高頻DC/DC包絡跟蹤轉換器替代電池或靜態(tài)DC/DC轉換器，從而追蹤包絡信號，為功率放大器提供所需電壓，可提高系統(tǒng)效率高達一倍。實現(xiàn)包絡跟蹤有很多不同方法但目的相同 -- 使得功率轉換器可以在超高頻下工作，例如需要20 MHz頻帶才可以高效地追蹤3G信號(圖9)。

圖9：包絡跟蹤應用。

隔離式1/8磚式轉換器

eGaN FET比先進的硅基MOSFET器件更細且更高效。為了展示它如何實現(xiàn)更高功率密度、更低成本及更高效，我們設計一個全穩(wěn)壓型、隔離式1/8磚式轉換器。 該設計是一個基于氮化鎵器件、傳統(tǒng)硬開關、全穩(wěn)壓型、使用中央抽頭次級線圈的全橋式轉換器。最好的全穩(wěn)壓型1/8磚式的輸出功率為300 W，在滿載條件下的效率大約是94.7%。 采用eGaN FET的設計，我們在500 W可實現(xiàn)的滿載條件下的效率為96.5%。在氣流為400 LFM時，板上最高溫度只是100°C，這是變壓器。eGaN FET在500 W輸出功率時的溫度為91°C或更低(圖10)。

圖10：500 W、1/8磚式轉換器的效率。

硅以外的氮化鎵新時代

氮化鎵器件可以改善其他應用包括提高MRI成像系統(tǒng)的解像度、使得D類音頻放大器的成本更低而同時音質可以更高(因為eGaN FET具備快速開關的性能)、更節(jié)能的LED照明系統(tǒng)及更輕盈、快速操作的機器人。

當?shù)壠骷M入硅器件的領域之同時，eGaN技術發(fā)展迅猛，可滿足工程師的設計需要，提供更高效及性能更優(yōu)越的器件。該技術被證明為具備優(yōu)越的散熱效率及高可靠性。價格是封阻可替代硅MOSFET器件的氮化鎵晶體管的普及化的最后一個壁壘，而目前價格也已經(jīng)下降。氮化鎵器件的性能及更低的成本實現(xiàn)了以前不可能成真的趨勢及應用，為半導體業(yè)界續(xù)寫摩爾定律的輝煌。