让我们一起实现氮化镓的可靠运行

作者：Sandeep Bahl

我经常感到奇怪，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。但通过共同努力，我们就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，我们将都是赢家。世界范围内的能效只需提高1%，我们就能关闭45个火力发电厂。在日常生活中，我们已经目睹了GaN技术的部署和采用——其实直到几个月前，我还没发现这一点，因为我女儿问我GaN长什么样子，我才意识到，在家中的节日彩灯中有数百个GaN啊：那是GaN LED里使用的GaN。

GaN可靠性是一个不错的合作主题。即使GaN晶体管现在通过了传统硅质量检测应力测试，即“qual”，其采用仍然很慢。这是因为“qual”并不能保证低用户退货率，其原因在于它是基于硅材料的。虽然通过“qual”测试对于器件的生产制造、质量和可靠性具有重要的意义，但它并不能表明器件使用寿命、故障率和应用相关性方面对GaN晶体管的意义。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，他们需要有信心去相信部件在预计的使用寿命内能够稳健耐用地运行。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，这些标准就会被认为是可信的。预测的可靠性标准需要对技术和其故障模式，以及在测试、质量鉴定和产品运行方面的知识深入了解。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（确定 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正在通过可靠且值得信赖的GaN产品努力打造一个能效更高的未来，同时也将数年的硅制造专业知识和先进器件开发技术引入到GaN中。TI一直充分利用现有的生产制造基础设施和能力，使600V GaN工艺符合要求。为了确保可靠性和稳健耐用性，在对TI的器件进行测试时，TI所使用的GaN特定测试方法的有效性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，从而打破市场普及阻碍，而最为重要的一点是，这使我们有可能生活在一个能效更高的世界中。