安森美，發布垂直氮化鎵半導體

本文由半導體產業縱橫（ID：ICVIEWS）編譯自financialpost

更小、更省、更穩，vGaN功率器件來襲。

在人工智能數據中心、電動汽車、可再生能源等領域快速發展的當下，全球能源需求呈現增長態勢。相關數據顯示，部分大型AI 數據中心的耗電量已接近中小型城市水平，而電動汽車與充電基礎設施的普及，進一步提升了對高效能源轉換技術的需求。當前，電力消耗增速與高效發電、輸電能力的提升速度存在差距，能效優化成為各行業技術發展中需要應對的重要課題。在此背景下，安森美半導體（Onsemi）推出垂直氮化鎵（vGaN）功率半導體技術，該技術基于 GaN-on-GaN 架構，在功率密度、轉換效率和結構穩定性方面形成特色，為高能耗應用領域提供了新的技術選擇。

安森美vGaN 技術的核心特征體現在襯底選擇與電流傳導方式上，與傳統氮化鎵器件存在差異。目前市面上多數商用氮化鎵（GaN）器件采用硅或藍寶石作為襯底，電流以橫向方式沿芯片表面傳導。這類架構在電壓承受范圍、功率密度及熱穩定性等方面存在一定限制，難以適配部分高電壓、大電流應用場景。而安森美 vGaN 技術采用 GaN-on-GaN 方案，通過在氮化鎵襯底上生長氮化鎵功能層，實現電流垂直流經芯片本體的傳導模式。這種垂直架構使該技術能夠處理 1200 伏及以上的電壓，且具備較快的開關頻率，在極端溫度、復雜電磁環境等條件下可保持穩定工作狀態，其熱穩定性也得到了驗證。從性能指標來看，vGaN 器件在電壓承受能力、開關頻率、可靠性和耐用性方面，相比硅基 GaN 和藍寶石基 GaN 器件具有一定優勢，為功率電子設備的設計提供了更多可能性。

在安森美半導體位于紐約州錫拉丘茲的工廠生產的完全加工的GaN-on-GaN晶圓

在核心性能表現上，vGaN 技術呈現出三方面特點。其一，功率密度表現突出。借助垂直傳導架構的空間利用優勢，vGaN 器件可在較小的芯片面積內處理較高電壓與較大電流。根據公開信息，與市售主流橫向 GaN 器件相比，vGaN 器件的尺寸約為前者的三分之一，這一特點使終端設備在維持同等功率輸出的情況下，能夠進行更緊湊的結構設計，適用于對空間有嚴格限制的應用場景。其二，能源轉換效率有所提升。通過優化材料界面特性與器件結構，vGaN 技術可將電力轉換過程中的能量損耗降低近 50%，這一變化能夠減少設備運行時的發熱量，既有助于提升能源利用效率，也可降低冷卻系統的設計復雜度與運行能耗，為設備長期穩定運行提供支持。其三，利于系統集成的緊湊化。該技術的高開關頻率特性，可使電容器、電感器等無源元件的尺寸得以縮小，同時減少組件使用數量，使電源系統在體積和重量上實現優化，不僅有助于降低系統總成本，還能提升設備的便攜性與安裝靈活性。

vGaN 技術的研發與成熟，依托于安森美半導體長期的技術投入。該技術由安森美半導體位于紐約州錫拉丘茲的研發團隊主導開發，經過多年技術攻關，在基礎材料研究、器件結構設計、制造工藝優化及系統應用驗證等多個環節形成積累。截至目前，相關技術已獲得 130 多項全球專利，覆蓋基礎工藝、器件架構、制造流程及系統應用等領域，構建了相應的技術儲備。研發過程中，團隊解決了在體氮化鎵襯底上生長無缺陷氮化鎵層、垂直傳導結構中界面接觸電阻控制、熱擴散優化等關鍵技術問題，為 vGaN 器件的規?；a提供了技術支撐。安森美半導體企業戰略高級副總裁 Dinesh Ramanathan 表示，垂直氮化鎵技術將對行業發展產生影響，有助于鞏固公司在能效相關領域的技術地位。隨著電氣化和人工智能在各行業的滲透，能效已成為技術進步的重要評價維度，vGaN 技術納入公司功率產品組合后，可為客戶提供更多性能選擇，契合當前行業對能效和功率密度的需求。

從應用場景來看，vGaN 技術已在多個領域展現出適配潛力。在人工智能數據中心領域，vGaN 器件可應用于 800V 直流 - 直流轉換器，能夠減少組件數量、提升功率密度，進而降低機架部署成本與運行能耗，符合數據中心綠色運營的發展方向；在電動汽車領域，基于 vGaN 技術的逆變器具備體積小、重量輕、效率較高的特點，可降低車輛能耗，對延長續航里程有積極作用，同時能夠簡化整車電力系統設計；在充電基礎設施領域，該技術可助力實現充電速度提升、設備體積縮小及耐用性增強，為用戶充電體驗優化和充電網絡普及提供支持；針對可再生能源系統，vGaN 器件的高電壓處理能力可降低太陽能和風能逆變器的能量損耗，有助于提升清潔能源的利用效率；在儲能系統（ESS）中，該技術能夠為電池轉換器和微電網提供雙向電力傳輸服務，其傳輸特點包括快速、高效、高密度，可增強儲能系統的響應速度與運行穩定性；在工業自動化領域，采用 vGaN 技術的電機驅動器和機器人設備，在體積、散熱及效率方面表現出優勢，能夠提升生產線設備運行效率，降低工廠能耗成本；在航空航天、國防和安全領域，vGaN 技術的高性能、高穩定性及緊湊設計特點，可滿足極端環境下的應用需求，為相關裝備的技術升級提供支持。

目前，安森美半導體已啟動vGaN 技術的市場化推進工作，正向早期客戶寄送 700V 和 1200V 兩種規格的器件樣品，標志著該技術從研發階段逐步向商業化落地過渡。作為功率半導體領域的一項新技術，vGaN 技術豐富了安森美半導體的高端產品體系，也為行業提供了新的技術解決方案。在能源利用日益受到重視的當下，vGaN 技術帶來的能耗降低效果，具有實際應用價值。隨著制造工藝的持續優化與生產成本的合理控制，vGaN 技術的應用場景有望進一步拓展，從高端工業領域逐步向更多領域滲透，為各行業的能效提升與技術升級提供支撐，推動相關產業向高效節能的方向發展。

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