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氮化镓(GaN)属于宽禁带半导体材料,其禁带宽度约为 3.4 电子伏特,远高于硅的约 1.12 电子伏特,临界击穿电场约为硅的 10 倍。GaN 功率器件依托 AlGaN / GaN 异质结界面因极化效应形成的二维电子气(2DEG)导电,无需掺杂即可实现低电阻导电,因而具备更快的开关速度、更低的栅极电荷与输出电容;同时 GaN 器件没有体二极管,反向导通依赖沟道开启,反向恢复电荷(Qrr)几乎为零。
氮化镓功率器件主要分为增强型(E-mode)与耗尽型(D-mode)共源共栅(Cascode)两大技术路线。增强型 GaN 通过栅极结构调制二维电子气实现正阈值电压;耗尽型 GaN 本身为常通器件,需与低压硅 MOSFET 共同封装构成常关断的共源共栅结构,其驱动耐压更高、抗干扰性更强。瑞萨此前的 GaN 产品多基于其收购的 Transphorm 的耗尽型 SuperGaN 技术,本次 100V 产品则是其首款增强型(E-mode)GaN 分立器件。
文中提到的优值(FOM,Figure of Merit)是衡量功率器件综合性能的常用指标,常见形式为导通电阻与栅极电荷的乘积(RDS (on)×Qg)等,数值越低通常意味着在相同损耗下可支持更高的开关频率,或在相同频率下损耗更低。硅 MOSFET 的该指标一般约为 1000mΩ·nC,而 GaN 器件仅约 50 至 100mΩ·nC。
瑞萨电子于 2024 年 6 月 20 日完成对美国 GaN 功率半导体厂商 Transphorm 的收购,由此切入 GaN 功率器件领域,并同步推出 15 款基于 GaN 的成功产品组合参考设计。2025 年 7 月,瑞萨发布基于 SuperGaN 平台的 650V 第四代增强型(Gen IV Plus)GaN FET,面向 AI 数据中心、服务器电源、电动汽车充电等数千瓦级应用;本次 100V 低压产品则是其首次将 GaN 技术扩展至低压领域。