Transphorm最新技术白皮书:常闭耗尽型(D-Mode)与增强型(E-Mode)氮化镓晶体管的优势对比

氮化镓功率半导体产品的全球领先企业Transphorm, Inc.近日发布了题为『Normally-off D-Mode 氮化镓晶体管的根本优势』的最新白皮书。该技术文献科普了共源共栅 (常闭) d-mode氮化镓平台固有的优势。重要的是，该文章还解释了e-mode平台为实现常闭型解决方案，从根本上 (物理层面) 削弱了诸多氮化镓自身的性能优势。

要点

白皮书介绍了 normally-off d-mode 氮化镓平台的几个关键优势，包括：

1.性能更高：优越的 TCR (~25%)，更低的动态与静态导通电阻比 (~25%)，从而降低损耗，获得更高的效率和更优越的品质因数 (FOM)。

2.高功率级应用更加容易：Transphorm d-mode 具有较高的饱和电流，而 e-mode 则必须通过并联才能提供相同的电流，但这会导致功率密度和可靠性下降。

3.稳健性且易驱动性：采用最稳健的硅MOSFET SiO2栅极，不受 e-mode 的 p 栅极限制，可兼容硅基驱动器和控制器。 

Transphorm业务开发和营销高级副总裁Philip Zuk表示，“长期以来，宽禁带行业一直围绕两种不同架构氮化镓晶体管争论高下——常闭型 d-mode和e-mode氮化镓。我们最初进入市场时，对这两种技术路线都进行了研究探討，最终决定采用常闭型d-mode解决方案，因为该方案不仅最可靠，且具有最高的性能和广泛的驱动器兼容性。而且，从系统设计角度出发，常闭型 d-mode具备更全面和长远的技术发展路线，而我们尚未在e-mode方案看到这一优势。本白皮书用意是在明确解释我们为什么这样设计氮化镓器件，从而帮助客户更了解选择氮化镓器件时需要关注哪些性能指标。”

十多年来，Transphorm 凭借最可靠的氮化镓平台成功引领行业，目前，Transphorm器件的现场运行时间已超过 2000 亿小时，覆盖了从低功率到高功率系统最广泛的应用领域。Transphorm公司不仅率先获得 JEDEC 资格认证，而且也是首家取得 AEC-Q101 (汽车级)认证的企业，并率先发布 900V氮化镓平台。目前正在开发可用于 800 V 电动汽车电池应用且已获验证的1200 V平台。

Transphorm 也展示了一款四象限开关开关管，在微型逆变器和双向系统等目标设计中可显著减少器件使用数量（2～4个）。此外，Transphorm还实现了在氮化镓器件上耐受5微秒的短路电路(SCCL)技术，有望可开启数十亿美元的电机控制和电动汽车动力应用市场。

凭借着全方位的产品平台，Transphorm器件已经成功应用于从数十瓦至7.5kW的设计及量产产品，应用领域涵盖计算(数据中心或网络的电源、高性能游戏、高算力应用、人工智能计算)、能源/工业 (任务关键型UPS和微型逆变器) 以及消费类适配器/快充电源(笔记本电脑、移动设备、家用电器)。而这个成就归功于一开始即采用常闭型d-mode设计方案。

白皮书概要 

该技术文献全面介绍了氮化镓在物理特性方面自带的优势特性以及常闭型d-mode 氮化镓解决方案如何发挥最大的自身优势，用于创建具有更高可靠性、可设计性、可驱动性、可制造性和多样性的卓越平台。

本白皮书还特别探讨了二维电子气通道 (2DEG) 的作用。2DEG是氮化镓 HEMT 异质结结构中自发形成的自然现象，由于所有氮化镓平台 (包括e-mode) 本质上都是常闭型d-mode 平台，本文详细说明了选择 d-mode 或 e-mode的方式关断器件，将如何影响2DEG 和整个平台的性能 。

该白皮书还纠正了业内常见的有关常闭型 d-mode 和 e-mode 器件性能的一些误区。