窒化ガリウム (GaN)

CoolGaN™ - 新しいパワーパラダイム

今日、高性能、低コストの電力変換製品が求められている背景には、バッテリーの長寿命化、携帯電話や電気自動車(EV) の開発、電動工具の高速充電など、消費者の期待があります。消費者は、より高速なデータ通信と強力な人工知能 (AI) 機能を求めています。こうした機能は、大規模なデータセンター、通信事業者のサーバーファーム、私たちの日常的な生活環境に組み込まれた、次期5G通信タワーの広大なネットワークから低コストで提供されています。

このようなアプリケーションで高い性能を実現して、初期コストや運用コストを削減するには、電気事業者の電圧を複数の段階で処理して、最終的にデバイスを効率的かつコスト効率よく駆動する高度なパワーエレクトロニクスが不可欠です。こうした進歩は、長年にわたる絶え間ない技術革新によって実現されてきました。その結果、高電圧および低電圧のシリコンパワートランジスタのファミリーが誕生し、世代を追うごとにさらなる改良が加えられているのは驚くばかりです。

しかし、パワー半導体にはこれまでシリコン基板が使われてきましたが、高電圧になるとシリコン半導体には限界があります。そのため、シリコンに代わって、窒化ガリウム (GaN) などの材料が使われるようになってきました。GaNテクノロジー企業は、電力損失を非常に低く抑えながら、より高いスイッチング周波数を実現できる革新的な窒化ガリウム (GaN) 技術を開発しました。こうした半導体メーカーによるGaN技術の開発は、携帯電話、電気自動車 (EV)、電動工具などのバッテリーの長寿命化や充電の高速化、さらにはデータ通信の高速化を実現します。

インフィニオンの革新的なGaNパワー技術には、600V CoolGaN™ GIT HEMT技術があります。HEMTとは、高電子移動度トランジスタの略で、構造的に異なる2枚の基板を合わせてヘテロ接合トランジスタを形成し、電子移動度を高め、GaN HEMT動作時に安定したスイッチングを可能にするものです。

GaN技術製品ソリューション

窒化ガリウム (GaN) は、炭化ケイ素 (SiC) と同じワイドバンドギャップの半導体材料です。もし、大口径単結晶のGaNを成長させてウェハーを作り、加工することができれば、現在のSiCのMOSFETと同じように、縦型のトランジスタを作ることができまする。しかし、窒化ガリウムの特性上、GaN基板の成長は非常に難しいため、入手しやすい低コストのシリコンウェハーを基板とし、そこにGaNをエピタキシャル成長させることで、高電子移動度トランジスター (HEMT) と呼ばれる横方向のトランジスタを作ることができるようになりました。

GaN HEMTトランジスターは、電力密度が高く、高速スイッチングが可能なため、高速なオンオフが求められる半導体デバイスに最適で、高効率、高信頼性を実現します。

窒化ガリウム半導体は、幅広いアプリケーションで電力供給や電力変換に使用されています。たとえば、インフィニオンのGaNテクノロジーソリューションは、通信インフラ開発向けに業界標準の高い効率を提供し、電力密度を最大化します。さらに、効率的な電力変換を実現するインフィニオンのGaNトランジスタを使用すると、最高のソリューションの堅牢性を提供しながら、窒化ガリウム電源のフットプリントが削減されるため、運用コストが削減されます。

インフィニオンの他のパワートランジスタと同様に、窒化ガリウムパワートランジスタCoolGaN™シリーズは、シングルおよびデュアルチャネルの絶縁型および非絶縁型のEiceDRIVER™ゲートドライバICの幅広い製品群によってサポートされています。

インフィニオンのGaN EiceDRIVER™ ICは、高耐圧CoolGaN™ 窒化ガリウムトランジスターの設計において最大限の性能を発揮するように開発されており、大変使いやすいため市場投入までの時間を短縮します。本ゲートドライバーICファミリーの推奨アプリケーションは、大電力およびハードスイッチングアプリケーション (例：トーテムポールPFC) です。標準的なゲートドライバーIC (2EDF7275K、2EDF7275F、1EDB7275F、1EDN7550B) は、ソフトスイッチングアプリケーション (LLCなど) 向けのコンパクトで費用対効果の高いソリューションとして、CoolGaN™窒化ガリウムトランジスターと組み合わせて使用することもできます。

業界で最も信頼性の高いGaNとドライバ技術を組み合わせることで、インフィニオンのCoolGaN™インテグレーテッド・パワーステージ (IPS) 600Vは、市場に流通しているすべてのGaN HEMTの中で最も信頼性が高く、高性能なソリューションです。さらに、インフィニオンは600VCoolGaN™パワー半導体向けゲートドライブソリューションを幅広く提供しています。

窒化ガリウム技術のアプリケーション

窒化ガリウムのアプリケーションを実装する技術は、通信/データコム、サーバー用SMPS、ワイヤレス充電など、数多くあります。たいへん効率的でコンパクトな設計の窒化ガリウムエレクトロニクスは、高品質、エネルギー効率、使いやすさの新基準となります。

インフィニオンは、Si基板上のGaNパワートランジスターをスイッチングアプリケーション向けに製造することで、GaN on Siパワーテクノロジーのデバイスやアプリケーションに対して、高い信頼性と効率的なソリューションを提供します。

インフィニオンのGaN技術について詳しく解説します。ぜひご登録ください。

インフィニオンのCoolGaN™ソリューションは、お客様のデバイスを次のレベルに引き上げるのに必要なものです。CoolGaN™の卓越した信頼性、高性能、堅牢性は、サーバー、ハイパースケールデータセンター、テレコム、ワイヤレス充電、アダプター、チャージャー、SMPS、オーディオなど、多くのアプリケーションにおける様々なシステムに大きな価値をもたらします。

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GaN用駆動ソリューション

このホワイトペーパーでは、標準的なRC結合型ドライバーから、専用のゲートドライバICを用いた新しい差動駆動コンセプトまで、さまざまな駆動ソリューションについて説明します。ハーフブリッジ型のトポロジーでは、絶縁型と非絶縁型のドライバーを組み合わせたハイブリッド構成も、選択肢の１つとなるはずです。このホワイトペーパーにはまた、実用的なアプリケーション例と回路図も掲載されています。

GaNの駆動に関する詳細は、こちらをご覧ください。

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Making GaN fit for industrial applications

In the last years, GaN has been hyped as a material that could replace silicon in various applications. But is it good enough for industrial applications? We take a closer look.

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CoolGaN™ - 新しいパワーパラダイム