自2023年10月，英飞凌成功收购氮化镓系统公司（GaN Systems）之后，进一步增强了英飞凌在功率系统领域的领导地位。
日前，在2024上海慕尼黑展会期间举办的英飞凌氮化镓新品媒体沟通会上，英飞凌科技大中华区消费、计算与通讯业务市场总监程文涛表示：“英飞凌成功收购GaN Systems之后，通过双方在知识产权、对应用的深刻理解等方面的优势互补，进一步巩固了英飞凌在氮化镓领域的市场领导地位，在现有市场中保持竞争优势，同时为未来的发展抢占先机。”
英飞凌科技大中华区消费、计算与通讯业务市场总监程文涛
他补充道：“首先我们氮化镓相关的产品系列得到了广泛的扩展，在未来的产品规划路标中也出现了很多新品类。据悉，在收购GaN Systems之前，英飞凌的GaN产品主要集中为两类，一是分立式功率器件（Discrete Power），二是集成式功率器件（Integrated Power）。但是在成功收购GaN Systems后，英飞凌的GaN产品品类由两种变成了五种；
其次，这次收购也让我们的设计研发思路获得了极大的拓宽。随着GaN Systems的氮化镓技术专家并入英飞凌后，英飞凌共有450名氮化镓技术专家，他们在未来的研发中会产生很多思想上的碰撞，这也大幅提升了我们的研发进度和产品推向市场的速度。
此外，收购GaN Systems之后，也提升了我们氮化镓技术方面的IP储量，目前英飞凌已经拥有超过350个氮化镓技术专利族。”
目前，随着市场对于低碳化、可持续发展的需求不断增加，以及AI对能源的巨量需求和新能源汽车的急速发展，推动了以SiC和GaN为代表的第三代宽禁带半导体的发展。据Yole的统计数据显示，未来三年，功率器件市场规模将从目前的200多亿美元增长至300多亿美元，宽禁带（WBG）半导体器件——SiC和GaN——占比有望超过三成。尤其是GaN功率半导体器件，从2023至2029年的平均复合年增长（CAGR）将高于45%，远高于SiC器件的CAGR。
GaN功率器件市场份额变化。
（图源：Yole）
SiC功率器件市场变化。
（图源：Yole）
英飞凌收购GaN Systems并积极布局GaN产品线，应该也是看到了GaN具有的一些独特的技术特点，以及其未来的巨大市场增长潜力。
程文涛表示：“从市场层面来看，GaN主要有三大优势——节能、节省成本以及节省材料。首先，在Si、SiC和GaN三种材料中，GaN具有最快的开关速度，这也就意味着它可以提升开关频率，这样可以节省很多被动元器件的需求，可以大大节省物料；
其次，GaN和SiC有同样的优势，就是用SiC或者平面型GaN做出来的器件导通阻抗，也就是单位面积上能够做的最小的导通阻抗，都要比硅以数量级的程度减小，这是GaN在效率层面能带来的优势。最后，由于前两个方面都获得提升后，也让整个系统的成本大幅降低。”
因此，为了满足市场对于GaN器件的多元化需求，近日，英飞凌的CoolGaN™家族又新增了很多新成员。
如前所述，英飞凌的GaN产品线从两个品类扩展至了五个品类，分别为新一代CoolGaN™晶体管（Transistor）、CoolGaN™双向开关（BDS）、CoolGaN™ 智能感应（Smart Sense）、CoolGaN™驱动（Drive）和CoolGaN™ Control。针对CoolGaN™晶体管品类，英飞凌近期推出了新一代高压（CoolGaN™ G5）和中压（CoolGaN™ G3）器件系列，将氮化镓的应用范围扩大至40V至700V电压。
程文涛表示：“目前，英飞凌的CoolGaN™晶体管都是增强型器件，同时拥有电压型驱动和电流型驱动两种技术。并且，英飞凌的GaN器件全都采取贴片封装，这样才能实现最小的封装集成参数，最大限度地发挥材料的特性。”
英飞凌科技大中华区消费、计算与通讯业务
高级首席工程师宋清亮
对于电压型驱动和电流型驱动两个不同驱动技术所具有的优缺点，英飞凌科技大中华区消费、计算与通讯业务高级首席工程师宋清亮解释道：“这两个驱动技术最根本的区别是，如果让GaN器件维持开通，电流型驱动则必须要有一个电流，而电压型驱动则不需要电流。”
那为何需要电流驱动型结构呢？宋清亮表示：“因为GaN器件的开通速度非常快，而它的导通门限电压则很低，大约为1V左右，这样在GaN器件开通和关断时很容易产生一个噪声，会导致其误开通或误关断。而电流型驱动则可以大大抑制这种错误动作的发生。另外，对于电压型驱动，它的开通电压大约需要5-6V，但不能超过7V，否则会损害门极。这就导致设计者从GaN器件完全开通到保证不损害器件只有1V左右的设计余量，进而对于设计者来说设计难度大大提高。而电流型驱动的驱动电压可以控制在3V左右，不会存在过高的电压将其击穿损坏。”
据悉，目前业界只有英飞凌拥有电流型驱动技术，宋清亮表示：“在收购GaN Systems之后，我们同时拥有了电压型驱动和电流型驱动两种技术，用户可以根据他们的设计能力和应用环境来自行选择最适合他们的方式。”
另外，新一代中压CoolGaN™ G3 系列晶体管 & 高压 CoolGaN™ G5系列晶体管也将是英飞凌首次采用8英寸工艺制造的器件。
CoolGaN™ BDS则是一款被英飞凌称为Game Changing的产品，它拥有出色的软开关和硬开关性能，提供40V、650V 和 850V电压双向开关。
程文涛表示：“一般的氮化镓晶体管产品多为单向开关，但现在越来越多的拓扑结构需要有一个理想开关，即两边都能导通或关闭，并且还需要极快的开关速度，之前的做法是采用两颗MOS管器件来实现。但现在随着CoolGaN™ BDS面世，只用一颗器件就能实现所需功能。”
“在目前的市场中，英飞凌是第一家做出高压BDS的厂商，高压大功率BDS的应用场景还包括在很多大功率的电池管理，电动工具，还有一些储能、光伏、服务器等领域。会应用在各种需要双向开关的拓扑结构而出现的应用场景中。”
CoolGaN™ Smart Sense最大的特点就是Smart，程文涛表示：“Smart的概念就是通过自身沟槽去做电流检测，其实这种概念在MOS管的时候就已经有，但是大部分场景下低压沟槽型的MOS中会用的比较多。”
程文涛强调：“在氮化镓应用中，内含电流检测的做法不再是有它更好，而是非它不可了。因为这样才能更安全地使用氮化镓器件，并不需要为了电流检测而付出其它在噪声和效率等方面的代价。”
毋庸置疑，GaN器件未来的发展趋势将展现出巨大的增长潜力和广阔的应用前景。这一市场的竞争也将越来越激烈，并购活动也会增加，如英飞凌收购GaN Systems以及瑞萨电子收购Transphorm等，但这也将不断促进GaN技术的进步和创新，随着未来GaN器件的成本进一步降低，应用领域的不断拓展，将共同推动GaN器件在全球范围内的广泛应用和快速发展。
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