晶電聚焦三五族半導體 看好GaN功率元件市場動能

與傳統矽基電源裝置比較,GaN 功率元件最大的優點是可以提升系統之能量轉換效率,減少能量的損失,特別是容易切換到更高的工作頻率,使其成品可以有更小的尺寸、更輕的重量,因此LED磊晶龍頭晶元光電 (Epistar)看好GaN功率元件的潛在市場動能。(圖片來源:晶元光電)

晶電研發GaN功率元件應用於消費性電子市場

以實現三五族半導體無限可能為目標的晶元光電,近年投入GaN功率元件的開發並獲得初步成果。由於GaN材料具有高崩潰電場、高溫環境下操作、高電流密度等特色,因此可以輸出更多電流、承受更高電壓,與傳統矽基電源裝置比較,GaN 功率元件最大的優點是可以提升系統之能量轉換效率,減少能量的損失,特別是容易切換到更高的工作頻率,使其成品可以有更小的尺寸、更輕的重量,因此LED磊晶龍頭晶元光電 (Epistar)看好GaN功率元件的潛在市場動能。

 

GaN 功率元件的材料特色與應用市場

晶電負責GaN功率元件的研發團隊表示,GaN功率元件的開發已經有相當的成果,目前可以在數百伏的高壓電下運作,同時抗熱能力已經達到攝氏150度,足以讓消費性電子應用終端市場運用。晶電總經理室特助劉家呈表示,消費性電子產品大都使用100V到220V的市電,甚至有些區域是需要使用高達265V的市電,晶電研發的GaN功率元件可以讓終端產品更容易在這樣的市電環境下使用。

 

晶電研發中心研發二處研發部專案處長李鎮宇博士指出,GaN材料最大的特點是GaN是寬能隙的半導體材料,因此能夠承受較高的崩潰電壓,除此之外,GaN材料對溫度敏感度較低,可在高溫下操作,這兩點都比矽基功率元件有優勢。目前晶電會先嘗試將GaN功率元件使用在較小功率的電源裝置上,因為一來可以了解GaN功率元件在系統上可能面臨的問題,二來可以為GaN功率元件進入更高功率應用做準備,晶電認為GaN材料最終還是會往更高功率的裝置上應用。

 

更低的系統成本與更有彈性的使用方式

晶電目前正與台灣的大學進行合作開發,在較小瓦數的電源供應器上面進行驗證。晶電總經理室特助劉家呈表示,晶電希望在生產電源供應器的製程中,以新型的GaN功率元件取代矽基功率元件。不過在製造GaN功率元件時,最大的瓶頸就是GaN材料沒有適合的單晶基板,因此需要仰賴異質磊晶技術在矽基板上成長,再加上GaN與矽存在很大的材料差異,這樣的難度替這個技術設定了較高的進入門檻。

 

儘管如此,晶電的研發團隊認為,生產單一GaN功率元件的成本雖然比較高,但就系統面來看,整體電源裝置的成本應該會顯著的降低。例如GaN功率元件可以增加工作頻率,從原本的62.5 KHZ提高到100 KHZ,甚至高達1MHz,因為GaN具有高頻操作的特性,整合式的Driver可將其他被動元件如線圈、電容做小。所以雖然在單顆功率元件上比較貴,但因為省去其他電容、電感等元件的體積,總成本有下降的空間。

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