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綠色電源需求加大助推高性能功率器件走俏
作者：峰恒普洛 時間：2015-07-03
在節(jié)能和綠色的大趨勢下、在各機構(gòu)和政府制定的規(guī)范推動下，電源和電子設(shè)備必須遵守強制性能效規(guī)范，以及智能便攜設(shè)備小型化多功能的發(fā)展趨勢，要求電源 與電源管理必須提高電源效率、降低待機功耗、改善功率因數(shù)、高功率密度、高可靠性、高集成度、小尺寸、智能化、安全和低成本。電源制造商、半導體制造商均 積極開發(fā)能夠提高效率的新型解決方案。
由于增加了便攜式設(shè)備的使用，在目前的電力系統(tǒng)中，對于電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)（3G / LTE & LTE-A通訊網(wǎng)絡(luò)）和云系統(tǒng)的各種需求正成為核心議題。因此，針對電信基礎(chǔ)建設(shè)和計算包括云系統(tǒng)，對于能夠滿足來自電源管理應(yīng)用各種要求的半導體產(chǎn)品和 電子產(chǎn)品需求也已增加。尤其在大中華區(qū)，華為（Huawei）、中興（ZTE）和聯(lián)想（Lenovo）專注于電信和計算電源業(yè)務(wù)。
為了滿足此市場中對更高功率等級、效率、功率密度等要求，半導體供應(yīng)商正致力于為市場提供采用小型化封裝的高開關(guān)速度、大電流、低RDS（ON）的SJ/MV MOS， IGBT器件。
而且，來自目前材料（例如，硅）的上述既有器件的局限性可以通過下一代寬帶隙半導體產(chǎn)品，比如SiC和GaN開關(guān)來克服，它們將會在不久的將來應(yīng)用于這個市場中。
以高性能IGBT、MOSFET解決功率管理的挑戰(zhàn)
功率管理的發(fā)展重心將逐漸集中在能效方面。飛兆半導體的高能效解決方案在應(yīng)對當前功率管理挑戰(zhàn)方面扮演著關(guān)鍵的角色。飛兆半導體推出的場截止IGBT具 備高電流能力、低傳導損耗和低開關(guān)損耗、易于并聯(lián)運行的正溫度系數(shù)、最大結(jié)溫： Tj=175℃ 、良好的一致性、更大的SOA（安全工作區(qū)）等優(yōu)勢，能夠在高頻應(yīng)用中滿足低能量損耗的要求。
飛兆的600V平面型場截止 （Field Stop Planar） IGBT是能夠用來滿足客戶需求的最好產(chǎn)品之一。對于高頻應(yīng)用中的低能量損耗要求，飛兆的600 V平面型場截止（Field Stop Planar） IGBT為客戶提供了解決方案。為繼續(xù)滿足客戶對于高功率密度的期望，并兼容各種市場應(yīng)用，飛兆在2012年推出了650 V溝槽型場截止（Field Stop Trench） IGBT。其目標應(yīng)用為工作在中頻開關(guān)頻率上的不間斷電源（uninterruptable power supply，UPS）和電焊機應(yīng)用。650 V溝槽型場截止（Field Stop Trench） IGBT擁有非常嚴格的關(guān)鍵參數(shù)控制，并通過加固設(shè)計來來保證短路特性來滿足目標應(yīng)用。
飛兆650 V溝槽型場截止IGBT會繼續(xù)在高頻應(yīng)用中降低能量損耗和降低EMI等級等方面發(fā)展。
超級結(jié)MOSFET
飛兆半導體充分利用其高端工藝和前沿封裝技術(shù)，不斷推出高性能半導體產(chǎn)品，積極應(yīng)對功率管理挑戰(zhàn)，以優(yōu)化電源、便攜式、照明、電機、計算以及消費應(yīng)用產(chǎn) 品的能效。飛兆推出的超級結(jié)MOSFET，采用先進制造工藝降低EPI電阻，解決了HV MOSFET中RDS（ON）的主要影響因素。超級結(jié)MOSFET技術(shù)能夠有效隔離導電區(qū)域與電壓阻斷區(qū)域，在導通狀態(tài)下，重摻雜外延區(qū)域可確保導通電阻 足夠低；在關(guān)斷狀態(tài)下，夾斷導電區(qū)域，充當電壓持續(xù)層，可謂是突破硅限制的超級MOSFET。超級結(jié)MOSFET優(yōu)勢明顯，在較低的輸出電容（Eoss） 可獲得輕載條件下較高的效率；較高的體二極管耐用性和較小的反向恢復電荷（Qrr）能為諧振轉(zhuǎn)換器提供更可靠的系統(tǒng)。
在超級節(jié)（Super-junction）結(jié)構(gòu)中，通過增加N-epi摻雜濃度可以實現(xiàn)較低電阻而不犧牲擊穿電壓，因為在表面p- well下增加了p-pillar。這對于既有的平面MOSFET來說是不可能的，因為摻雜濃度的增加會降低擊穿電壓。
飛兆的超級節(jié)能產(chǎn)品（SuperFET MOSFET， SupreMOS MOSFET）采用控制良好的工藝來制造。因此，在保持穩(wěn)定的工藝、保持高性能和高品質(zhì)的同時獲得具有較低RDS（ON） 和導通狀態(tài)電阻的產(chǎn)品。
SupreMOS MOSFET是第一個商業(yè)應(yīng)用的超級節(jié)產(chǎn)品之一，它使用了基于飛兆先進工藝成功推出的溝道技術(shù)。相比競爭產(chǎn)品，SuperFET MOSFET具有高的dv/dt強度。
創(chuàng)新技術(shù)--高性能功率晶體管 SiC BJT
為了實現(xiàn)更高的功率密度，滿足嚴格的能效規(guī)則和系統(tǒng)正常運行時間要求，工業(yè)和電力電子設(shè)計人員正在挑戰(zhàn)他們自己，以便在他們的設(shè)計中降低功率損耗并改進 可靠性。然而，這些在比如可再生能源、工業(yè)電機驅(qū)動、高密度電源、汽車和高溫工業(yè)鉆探等應(yīng)用設(shè)計中的努力會使他們的設(shè)計復雜化并導致整體系統(tǒng)成本更高。為 了幫助設(shè)計師滿足這些挑戰(zhàn)，在創(chuàng)新的高性能功率晶體管技術(shù)方面，隨著可理想適用于功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的碳化硅（silicon carbide，SiC）技術(shù)解決方案的推出，飛兆半導體擴大了它的領(lǐng)導地位。
通過在它的產(chǎn)品組合中推出基于SiC的產(chǎn)品，飛兆在創(chuàng)新 的、高性能功率晶體管技術(shù)方面加強了它的產(chǎn)品領(lǐng)導力。在飛兆的SiC產(chǎn)品組合中，第一個推出的產(chǎn)品系列是先進的SiC雙極結(jié)型晶體管（bipolar junction transistors，BJT），可提供高效、大電流密度、穩(wěn)健性、和高溫工作的能力。通過采用格外有效的晶體管，飛兆的SiC BJT實現(xiàn)了更高的開關(guān)頻率，因為其具有更低的導通和開關(guān)損耗（范圍從30 - 50%），在相同的系統(tǒng)外形尺寸下提供了多達40%的更高輸出功率。
這些穩(wěn)健的BJT使用了更小的電感、電容和散熱器，能夠降低總體系統(tǒng)成本達20%。由于具備更高效率和卓越的短路能力和反向偏壓安全工作區(qū)域，在優(yōu)化大功率變換應(yīng)用的電源管理中，這些行業(yè)領(lǐng)先的SiC BJT將起到至關(guān)重要的作用。
由于增加了便攜式設(shè)備的使用，在目前的電力系統(tǒng)中，對于電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)（3G / LTE & LTE-A通訊網(wǎng)絡(luò)）和云系統(tǒng)的各種需求正成為核心議題。因此，針對電信基礎(chǔ)建設(shè)和計算包括云系統(tǒng)，對于能夠滿足來自電源管理應(yīng)用各種要求的半導體產(chǎn)品和 電子產(chǎn)品需求也已增加。尤其在大中華區(qū)，華為（Huawei）、中興（ZTE）和聯(lián)想（Lenovo）專注于電信和計算電源業(yè)務(wù)。
為了滿足此市場中對更高功率等級、效率、功率密度等要求，半導體供應(yīng)商正致力于為市場提供采用小型化封裝的高開關(guān)速度、大電流、低RDS（ON）的SJ/MV MOS， IGBT器件。
而且，來自目前材料（例如，硅）的上述既有器件的局限性可以通過下一代寬帶隙半導體產(chǎn)品，比如SiC和GaN開關(guān)來克服，它們將會在不久的將來應(yīng)用于這個市場中。
以高性能IGBT、MOSFET解決功率管理的挑戰(zhàn)
功率管理的發(fā)展重心將逐漸集中在能效方面。飛兆半導體的高能效解決方案在應(yīng)對當前功率管理挑戰(zhàn)方面扮演著關(guān)鍵的角色。飛兆半導體推出的場截止IGBT具 備高電流能力、低傳導損耗和低開關(guān)損耗、易于并聯(lián)運行的正溫度系數(shù)、最大結(jié)溫： Tj=175℃ 、良好的一致性、更大的SOA（安全工作區(qū)）等優(yōu)勢，能夠在高頻應(yīng)用中滿足低能量損耗的要求。
飛兆的600V平面型場截止 （Field Stop Planar） IGBT是能夠用來滿足客戶需求的最好產(chǎn)品之一。對于高頻應(yīng)用中的低能量損耗要求，飛兆的600 V平面型場截止（Field Stop Planar） IGBT為客戶提供了解決方案。為繼續(xù)滿足客戶對于高功率密度的期望，并兼容各種市場應(yīng)用，飛兆在2012年推出了650 V溝槽型場截止（Field Stop Trench） IGBT。其目標應(yīng)用為工作在中頻開關(guān)頻率上的不間斷電源（uninterruptable power supply，UPS）和電焊機應(yīng)用。650 V溝槽型場截止（Field Stop Trench） IGBT擁有非常嚴格的關(guān)鍵參數(shù)控制，并通過加固設(shè)計來來保證短路特性來滿足目標應(yīng)用。
飛兆650 V溝槽型場截止IGBT會繼續(xù)在高頻應(yīng)用中降低能量損耗和降低EMI等級等方面發(fā)展。
超級結(jié)MOSFET
飛兆半導體充分利用其高端工藝和前沿封裝技術(shù)，不斷推出高性能半導體產(chǎn)品，積極應(yīng)對功率管理挑戰(zhàn)，以優(yōu)化電源、便攜式、照明、電機、計算以及消費應(yīng)用產(chǎn) 品的能效。飛兆推出的超級結(jié)MOSFET，采用先進制造工藝降低EPI電阻，解決了HV MOSFET中RDS（ON）的主要影響因素。超級結(jié)MOSFET技術(shù)能夠有效隔離導電區(qū)域與電壓阻斷區(qū)域，在導通狀態(tài)下，重摻雜外延區(qū)域可確保導通電阻 足夠低；在關(guān)斷狀態(tài)下，夾斷導電區(qū)域，充當電壓持續(xù)層，可謂是突破硅限制的超級MOSFET。超級結(jié)MOSFET優(yōu)勢明顯，在較低的輸出電容（Eoss） 可獲得輕載條件下較高的效率；較高的體二極管耐用性和較小的反向恢復電荷（Qrr）能為諧振轉(zhuǎn)換器提供更可靠的系統(tǒng)。
在超級節(jié)（Super-junction）結(jié)構(gòu)中，通過增加N-epi摻雜濃度可以實現(xiàn)較低電阻而不犧牲擊穿電壓，因為在表面p- well下增加了p-pillar。這對于既有的平面MOSFET來說是不可能的，因為摻雜濃度的增加會降低擊穿電壓。
飛兆的超級節(jié)能產(chǎn)品（SuperFET MOSFET， SupreMOS MOSFET）采用控制良好的工藝來制造。因此，在保持穩(wěn)定的工藝、保持高性能和高品質(zhì)的同時獲得具有較低RDS（ON） 和導通狀態(tài)電阻的產(chǎn)品。
SupreMOS MOSFET是第一個商業(yè)應(yīng)用的超級節(jié)產(chǎn)品之一，它使用了基于飛兆先進工藝成功推出的溝道技術(shù)。相比競爭產(chǎn)品，SuperFET MOSFET具有高的dv/dt強度。
創(chuàng)新技術(shù)--高性能功率晶體管 SiC BJT
為了實現(xiàn)更高的功率密度，滿足嚴格的能效規(guī)則和系統(tǒng)正常運行時間要求，工業(yè)和電力電子設(shè)計人員正在挑戰(zhàn)他們自己，以便在他們的設(shè)計中降低功率損耗并改進 可靠性。然而，這些在比如可再生能源、工業(yè)電機驅(qū)動、高密度電源、汽車和高溫工業(yè)鉆探等應(yīng)用設(shè)計中的努力會使他們的設(shè)計復雜化并導致整體系統(tǒng)成本更高。為 了幫助設(shè)計師滿足這些挑戰(zhàn)，在創(chuàng)新的高性能功率晶體管技術(shù)方面，隨著可理想適用于功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的碳化硅（silicon carbide，SiC）技術(shù)解決方案的推出，飛兆半導體擴大了它的領(lǐng)導地位。
通過在它的產(chǎn)品組合中推出基于SiC的產(chǎn)品，飛兆在創(chuàng)新 的、高性能功率晶體管技術(shù)方面加強了它的產(chǎn)品領(lǐng)導力。在飛兆的SiC產(chǎn)品組合中，第一個推出的產(chǎn)品系列是先進的SiC雙極結(jié)型晶體管（bipolar junction transistors，BJT），可提供高效、大電流密度、穩(wěn)健性、和高溫工作的能力。通過采用格外有效的晶體管，飛兆的SiC BJT實現(xiàn)了更高的開關(guān)頻率，因為其具有更低的導通和開關(guān)損耗（范圍從30 - 50%），在相同的系統(tǒng)外形尺寸下提供了多達40%的更高輸出功率。
這些穩(wěn)健的BJT使用了更小的電感、電容和散熱器，能夠降低總體系統(tǒng)成本達20%。由于具備更高效率和卓越的短路能力和反向偏壓安全工作區(qū)域，在優(yōu)化大功率變換應(yīng)用的電源管理中，這些行業(yè)領(lǐng)先的SiC BJT將起到至關(guān)重要的作用。
