安森美 (onsemi) 的垂直氮化鎵 (vGaN) 晶體管是新一代功率器件，能夠以高頻率處理極高電壓， 效率顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的硅芯片。 這項(xiàng)技術(shù)在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。 安森美的這個(gè)先進(jìn)設(shè)施占地 66,000 平方英尺， 配備了潔凈室和高度專業(yè)化工具， 專門用于 vGaN 技術(shù)的研發(fā)。

安森美已實(shí)現(xiàn)vGaN技術(shù)的規(guī)模化量產(chǎn)

目前市面上的 GaN 器件通常采用橫向結(jié)構(gòu)， 即 GaN 層生長在硅或藍(lán)寶石襯底上。 而垂直 GaN 器件的 GaN 層則生長在 GaN 襯底上。這種垂直設(shè)計(jì)允許電流直接穿過芯片， 而不是僅在表面流動(dòng);與橫向 GaN 器件相比， 它能實(shí)現(xiàn)更高的電流密度和工作電壓， 支持的開關(guān)頻率也遠(yuǎn)高于硅或碳化硅 (SiC) 器件。 因此， 垂直 GaN 技術(shù)能夠讓電子設(shè)備更加小巧、 輕便且高效， 應(yīng)用場景涵蓋電動(dòng)汽車 (EV) 充電器、 人工智能數(shù)據(jù)中心、 可再生能源系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域。

研究人員對(duì)垂直 GaN 技術(shù)的探索已逾 15 年， 如今安森美已實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的規(guī)?；慨a(chǎn)， 推動(dòng)其進(jìn)入商用階段。 垂直 GaN 的制造非常復(fù)雜， 需要在塊狀 GaN 襯底上生長厚實(shí)且無缺陷的 GaN 層， 工藝難度遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)硅器件制造。

要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)， 需采用精密的外延生長技術(shù)， 以及針對(duì)垂直架構(gòu)開發(fā)的創(chuàng)新工藝。 安森美擁有 130 多項(xiàng)相關(guān)專利， 涵蓋基礎(chǔ)器件架構(gòu)與加工處理的各個(gè)方面。 這項(xiàng)技術(shù)在材料科學(xué)與制造領(lǐng)域極具挑戰(zhàn)性， 難度堪比在人行道寬度的地基上建造摩天大樓。

趣味知識(shí)

高精準(zhǔn)度： 晶體在高度受控的爐體中高效生長， 原子以每次僅十億分之一米的精度逐層沉積， 實(shí)現(xiàn)出色均勻性。 這類爐體的工作溫度超過 1,000°C， 與火山熔巖的溫度相當(dāng)。

晶體力量： 垂直 GaN 源于“晶體力量”：垂直 GaN 構(gòu)建于六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)之上，鎵原子和氮原子交替層疊形成六方晶格。與立方結(jié)構(gòu)的硅相比， 這種結(jié)構(gòu)賦予其獨(dú)特的電子與光學(xué)特性。

蓋樓技藝： 垂直架構(gòu)就像建造電氣領(lǐng)域的“摩天大樓”， 而不是“單層平房”。 電力可以直接穿過芯片， 而不是僅在芯片表面流動(dòng)。

微縮奇跡： 堪稱“微縮奇跡”：與市面上的橫向 GaN 器件相比，vGaN 器件尺寸約為前者的三分之一， 可使高端電源系統(tǒng)的尺寸和損耗減少近 50%。 這相當(dāng)于將鞋盒大小的電源轉(zhuǎn)換器壓縮至平裝書尺寸， 實(shí)現(xiàn)體積和重量的雙重縮減。

高壓之王： 垂直 GaN 器件能夠承受超過1,200 V 的電壓

vGaN 的應(yīng)用

安森美的 vGaN 技術(shù)能夠在單片芯片中處理 1,200 V 及以上的高電壓， 實(shí)現(xiàn)高頻大電流切換， 并保持優(yōu)異效率。 在采用該技術(shù)打造的高端電源系統(tǒng)中， 損耗可降低近 50%。 同時(shí)， 由于工作頻率更高， 系統(tǒng)尺寸( 包括電容、 電感等無源元件) 也能相應(yīng)縮減近一半。

此外， 與市面上的橫向 GaN 器件相比， vGaN 器件尺寸約為前者的三分之一。 這一特性使得安森美的 vGaN 器件非常適合用于功率密度、 熱性能和可靠性至關(guān)重要的關(guān)鍵高功率應(yīng)用， 具體包括：

人工智能數(shù)據(jù)中心： 減少元件數(shù)量， 提高 AI 計(jì)算系統(tǒng)用800V DC-DC 轉(zhuǎn)換器的功率密度， 助力大幅降低每機(jī)架成本

電動(dòng)汽車： 打造更小巧、 更輕便、 更高效的逆變器， 有助于延長電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程

充電基礎(chǔ)設(shè)施： 實(shí)現(xiàn)更快速、 更小巧、 更耐用的充電器

可再生能源： 太陽能和風(fēng)能逆變器的電壓處理能力更高，能量損耗更低

儲(chǔ)能系統(tǒng) (ESS)： 為電池轉(zhuǎn)換器和微電網(wǎng)提供快速、 高效、高密度的雙向電源

工業(yè)自動(dòng)化： 開發(fā)尺寸更小、 溫升更低、 效率更高的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和機(jī)器人設(shè)備

航空航天： 支持更高的性能、 更強(qiáng)的耐用性和更緊湊的設(shè)計(jì)

隨著全球加速邁向電氣化和 AI 驅(qū)動(dòng)的未來， 安森美在垂直 GaN 技術(shù)上的突破具有重要意義。 安森美攻克了材料和制造領(lǐng)域長期存在的難題， 開發(fā)出新型超高效率、 高電壓功率器件， 為下一代能源系統(tǒng)提供關(guān)鍵支撐。 從縮小電動(dòng)汽車充電器尺寸，到以更可持續(xù)的方式為人工智能數(shù)據(jù)中心供電， 垂直 GaN 不僅是一項(xiàng)重大的技術(shù)突破， 更是推動(dòng)建設(shè)更智能、 更清潔、 全面電氣化世界的戰(zhàn)略性進(jìn)步。