动态量测助攻 加速GaN商用化最后一里路

随着5G、电动车等新兴应用崛起，第三代半导体材料/功率半导体材料日益受到重视，业界纷纷投入USB PD(USB Power Delivery)、Quick Charge(QC)等新一代快速充电技术，但这类快充变压器的设计中，电感/线圈及散热片占有大多数的体积，如果要缩小线圈及散热片的体积，就必须提高转换频率及转换效率，使用氮化镓(GaN)已成必要趋势。

宏汭精测科技总经理、品勋科技技术顾问林明正在日前举行的D Webinar 2021新兴科技论坛中，以「如何在GaN操作(switching)状态下执移动态测试？」为题进行演讲。他表示，现在市面上的GaN应用，其实都不是「长」在GaN上面，因为如果长在GaN上面其成本无法负担，现在GaN之所以能够开始在市场上普及，就是因为GaN-on-Si 可做为低成本的选择，因此已经广泛应用在手机与平板的快充。

GaN-on-Si虽然「长」在矽上面，但依然具有GaN元件的天生特性，像是具备宽能隙的优势，很适合高压应用，另外其具备高移导率，有低内阻(low Rdson)的优势，此外因为其属于横向结构(lateral structure)，容易将芯片整合在同一电路上。

事实上，GaN功率元件凭藉着优异的材料特性 ，逐渐展现出应用于电源转换的潜力，但GaN-on-Si 的材料缺陷，使得用于矽的静态量测与可靠度评估，无法呈现出GaN在真实系统中的动态表现，未来如果GaN元件要从低功率快充应用，朝向家电、工业、汽车等高功率应用发展，对耐用性与可靠度势必更高的要求，如何解决其量测问题，将是攸关GaN能否大量普及的关键环节之一。

不过，GaN-on-Si在技术上仍有许多挑战。举例来说，矽与GaN之间会有晶格不匹配 (lattice mismatch)的状况，很容易有表面或界面缺陷(bulk defect)的状况，可能导致元件不稳定，至于这些缺陷诱导的动态量测目前并无任何标准，固态技术协会(JEDEC)只有提供一些基本准则。

为了解决此一困难，林明正特别介绍一套氮化镓(GaN)元件动态参数分析仪(Device Dynamics Analyzer) ，可在元件操作(switching)状态下完成动态Rdson(HSW，ZVS)、动态Rsdon (ZVS)、动态Vth等动态参数测试分析，是目前市面上唯一可在元件操作状态下执行GaN动态参数特性及可靠度测试的解决方案，可针对多个GaN元件同时进行五个独立参数测试，并进行实时动态参数监控，不仅可协助开发者改善元件，并可帮助使用者正确评估元件的功率损耗及老化速率，得以优化系统设计，实现GaN迈向广泛应用的最后一里路。