我經(jīng)常感到不解，為何我們的產(chǎn)業(yè)不在加快氮化鎵 (GaN) 電晶體的部署和採(cǎi)用方面增強(qiáng)合作力度；畢竟，浪潮之下，沒(méi)人能獨(dú)善其身。每年，我們都看到市場(chǎng)預(yù)測(cè)的前景不甚令人滿意。但透過(guò)共同努力，我們就能夠大大增加這項(xiàng)高效能技術(shù)的市場(chǎng)滲透力。
如果GaN取得勝利，我們都將是贏家。只要將全球的能源使用效率提高1%，我們就能關(guān)閉55間火力發(fā)電廠。在日常生活中，我們正在見證GaN技術(shù)的部署和採(cǎi)用—其實(shí)直到幾個(gè)月前，我還沒(méi)發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)，直到我女兒?jiǎn)栁褿aN長(zhǎng)什麼樣子，我才意識(shí)到，在家中的節(jié)慶彩色燈泡中有數(shù)百個(gè)GaN啊：LED裡使用的GaN。
GaN可靠性是一個(gè)不錯(cuò)的合作主題。即使GaN電晶體現(xiàn)在透過(guò)了傳統(tǒng)矽品質(zhì)檢測(cè)應(yīng)力測(cè)試，即“qual”，其採(cǎi)用仍然很慢。這是因?yàn)椤皅ual”並不能保證低用戶退貨率，其原因在於它是基於矽材料的。雖然透過(guò)“qual”測(cè)試對(duì)於裝置的生產(chǎn)製造、品質(zhì)和可靠性具有重要的意義，但它並不能表明裝置的使用壽命、故障率和應(yīng)用相關(guān)性方面對(duì)GaN電晶體的意義。開發(fā)人員有多種選擇，即使矽材料解決方案體積更大且能耗更高，但是它們已經(jīng)過(guò)了測(cè)試。
對(duì)於採(cǎi)用GaN的開發(fā)人員來(lái)說(shuō)，他們需要有信心去相信部件在預(yù)計(jì)的使用壽命內(nèi)能夠穩(wěn)健耐用地運(yùn)行。在TI，我們始終在深入思考這意味著什麼，並將其歸結(jié)為圖1中所表示的2個(gè)專案。首先，傳統(tǒng)矽技術(shù)方法需要針對(duì)GaN和其故障模式進(jìn)行拓展。第二，應(yīng)力測(cè)試需要包括電源管理的開關(guān)條件，而這是傳統(tǒng)矽材料qual測(cè)試無(wú)法解決的。
當(dāng)一個(gè)產(chǎn)業(yè)攜起手來(lái)共同開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，這些標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)被認(rèn)為是可信的。預(yù)測(cè)的可靠性標(biāo)準(zhǔn)需要對(duì)技術(shù)和其故障模式，以及在測(cè)試、品質(zhì)鑒定和產(chǎn)品運(yùn)行方面的知識(shí)深入瞭解。預(yù)測(cè)性標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)在於極大加快了市場(chǎng)普及，而第一步就是意識(shí)到現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷。
| 圖2 : GaN品質(zhì)鑒定需要現(xiàn)有矽方法體系的擴(kuò)展，並且需要增加實(shí)際使用情況下的應(yīng)力測(cè)試 |
|
我首先在《確定 GaN 產(chǎn)品可靠性的綜合方法》（註）白皮書中對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明。這份白皮書引發(fā)了業(yè)內(nèi)的討論，這也促使我們將這個(gè)對(duì)話延續(xù)下去，我們?cè)诮衲?月召開的應(yīng)用電力電子會(huì)議 (APEC) 上提交了一份產(chǎn)業(yè)對(duì)話論文，並且接受IEEE國(guó)際可靠性物理學(xué)討論會(huì) (IRPS) 技術(shù)委員會(huì)的邀請(qǐng)。我們希望本次對(duì)話能夠進(jìn)一步擴(kuò)展至工作組層面，並且在其他人也針對(duì)這個(gè)重要話題發(fā)表看法時(shí)拓展工業(yè)領(lǐng)域的協(xié)作。
TI正在通過(guò)可靠且值得信賴的GaN產(chǎn)品努力打造一個(gè)能效更高的未來(lái)，同時(shí)也將數(shù)年的矽製造專業(yè)知識(shí)和先進(jìn)裝置開發(fā)技術(shù)引入到GaN中。TI一直充分利用現(xiàn)有的生產(chǎn)製造基礎(chǔ)設(shè)施和能力，使600V GaN工藝符合要求。為了確保可靠性和穩(wěn)健耐用性，在對(duì)TI的裝置進(jìn)行測(cè)試時(shí)，TI所使用的GaN特定測(cè)試方法的有效性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)矽品質(zhì)鑒定做法。
借助於合格的裝置，電源設(shè)計(jì)人員能夠?qū)崿F(xiàn)GaN的滿功率運(yùn)行，從而打破市場(chǎng)普及阻礙，而最為重要的一點(diǎn)是，這使我們有可能生活在一個(gè)效能更高的世界中。
(本文作者Sandeep Bahl任職於德州儀器)
註：白皮書原文網(wǎng)址：http://www.ti.com/lit/wp/slyy070/slyy070.pdf
