GaN更为高效的满功率运行

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我经常感到的奇怪的是，我们的行业为什么不在加快氮化镓 (GaN) 晶体管的部署和采用方面加大合作力度；毕竟，大潮之下，没人能独善其身。每年，我们都看到市场预测的前景不太令人满意。通过共同努力，我们能够大大增加这项高能效技术的市场渗透能力。

如果GaN取得胜利，我们都是赢家。世界范围内的能效只需提高1%就足以关闭45个火力发电厂。在我们的日常生活中，我们已经目睹了GaN技术的部署和采用—在几个月之前，有些事情我还不太明白，直到我女儿问我GaN长得什么样子时，我才意识到，在家中的节日彩灯中有数百个GaN：GaN LED。

一个很不错的合作主题就是GaN可靠性。即使GaN晶体管现在通过了传统硅质量检测应力测试，或被称为“qual”，它的部署和采用仍然很慢。由于它是基于硅材料的，“qual”并不能提振低用户对于投入回报的信心。虽然通过“qual”测试对于器件的生产制造、质量和可靠性具有里程碑式的意义，但还不清楚它在器件使用寿命、故障率和应用相关性方面对GaN晶体管具有怎样的意义。开发人员有多种选择，即使硅材料解决方案体积更大且能耗更高，但是它们已经过了测试。

对于采用GaN的开发人员来说，他们需要对这一部件有信心，相信它们在预期的使用寿命内能够在应用中实现稳健耐用运行。在TI，我们始终在深入思考这意味着什么，并将其归结为图1中所表示的2个项目。首先，传统硅技术方法需要针对GaN和其故障模式进行拓展。第二，应力测试需要包括电源管理的开关条件，而这是传统硅材料qual测试无法解决的。

图1：GaN质量鉴定需要现有硅方法体系的扩展，并且需要增加实际使用情况下的应力测试

当一个行业携起手来共同开发标准时，这些标准就被认为是可信的。预测性的可靠性标准需要对技术和其故障模式的深入了解；以及在测试、质量鉴定和产品运行方面的知识。预测性标准的优势在于极大加快了市场普及，而第一步就是意识到现有技术的不足和缺陷。

我首先在一份白皮书中（一个鉴定GaN产品可靠性的综合方法）对这个问题进行说明。这份白皮书引发了业内的讨论，这也促使我们将这个对话延续下去，我们在今年3月召开的应用电力电子会议 (APEC) 上提交了一份行业对话论文，并且接受IEEE国际可靠性物理学讨论会 (IRPS) 技术委员会的邀请。我们希望本次对话能够进一步扩展至工作组层面，并且在其他人也针对这个重要话题发表看法时拓展工业领域的协作。

TI正在通过可靠且可信赖的GaN产品努力打造一个能效更高的未来，将数年的硅制造专业知识和先进器件开发才能引入到GaN中。TI一直充分利用我们现有的生产制造基础设施和能力，使我们的600V GaN工艺符合要求。为了确保可靠性和稳健耐用性，在对我们的器件进行测试时，我们所使用的GaN特定测试方法远远超过了传统硅质量鉴定做法。

借助于合格的器件，电源设计人员能够实现GaN的满功率运行，打破市场普及阻碍，而最为重要的一点是，使我们有可能生活在一个能效更高的世界中。