【導讀】隨著AI數據中心、新能源汽車、可再生能源等領域高速發展，市場對功率器件的電壓、頻率、能效、體積及穩定性要求持續升級，傳統硅基、碳化硅器件以及橫向氮化鎵技術，逐漸難以適配高端場景的迭代需求。安森美深耕十五年，成功實現垂直GaN（vGaN）技術商業化量產，依托獨特的GaN-on-GaN垂直架構、專屬外延工藝與完善專利布局，突破傳統橫向器件的性能桎梏，憑借高壓、高頻、低損耗、高穩健、小型化的核心優勢，廣泛適配算力、新能源、航空航天等高端領域，為行業電氣化、高效化升級提供核心技術支撐。
小巧、輕便、高效，安森美垂直GaN解鎖功率器件應用更多可能
在傳統橫向結構的GaN器件中，電流沿芯片表面流動。而垂直GaN的GaN層生長在氮化鎵襯底上，其獨特結構使電流能直接從芯片頂部流到底部，而不是僅在表面流動。這種垂直電流路徑讓器件能夠承受更高的電壓和更大的電流，從而實現更高的功率密度、更高的效率和更緊湊的系統設計。
一、垂直架構：功率技術新高度
垂直GaN創新：vGaN支持高電壓和高頻率運行，效率優于硅芯片
先進制造工廠：GaN研發工作在占地66,000平方英尺、配備GaN生產專用工具的潔凈室設施中進行
專有GaN生長工藝：工程師借助安森美(onsemi)獨特的專有技術，直接在GaN晶圓上生長GaN層
市場領先與發展進度：安森美率先實現vGaN技術規模化生產，目前已向早期客戶提供700V和1,200V器件樣品
二、什么是垂直GaN？
垂直GaN結構：GaN層生長在GaN襯底上，電流可以垂直流過芯片
更高性能：與橫向GaN器件相比，可實現更高的電流密度和電壓
出色的開關速度：支持的開關頻率超越硅和碳化硅技術的能力范圍
先進應用：非常適合用于人工智能數據中心、電動汽車充電樁與主驅逆變器，以及可再生能源系統
三、垂直GaN與橫向GaN
功率性能比較：
四、vGaN正推動眾多關鍵領域的創新和效率提升
安森美的垂直GaN賦能未來
人工智能數據中心：通過減小800V電源轉換器的尺寸，提高計算密度
電動汽車：電動汽車充電速度更快，相關設備尺寸更小、效率更高
可再生能源：高效的太陽能逆變器和風能系統，減少能源浪費
航空航天：緊湊、堅固、可靠的高性能電源系統
五、安森美成功駕馭復雜技術，助力實現規模化創新
垂直GaN技術的重要進展：研究人員對這項技術的探索已逾15年。安森美實現垂直GaN的商業化，是制造領域的重要里程碑。
先進制造工藝：垂直GaN制造需要在塊狀襯底上生長厚實且無缺陷的GaN層，這一過程依賴精密外延生長技術和新型制造方法。
創新與專利組合：安森美擁有130多項相關專利，涵蓋器件架構和加工工藝，展現其強大的創新能力和知識產權保護水平。
六、GaN的科學原理
纖鋅礦結構 - 六方晶系的優勢
高鍵合強度與低本征缺陷
垂直GaN晶體的生長和摻雜過程旨在提升其性能和可靠性，同時簡化制造工藝。這一特性使垂直GaN有別于硅和碳化硅，成為未來高能效電子產品的戰略材料。
六方晶系的優勢：纖鋅礦晶體結構提升性能
垂直GaN的六方纖鋅礦晶體結構是其優異性能的基礎。這一結構賦予其獨特的電子特性，顯著增強其耐高壓能力，并有助于電源系統微型化。
這種晶系優勢與pGaN和nGaN的制備方法使垂直GaN有別于傳統材料，成為推動下一代電子產品性能提升的關鍵因素。
高精準度：垂直GaN在高溫環境中表現穩定
垂直GaN通過高溫生長工藝獲得出色的穩定性和性能，為高能效、高可靠性電力電子技術的發展提供支撐。
垂直GaN器件能夠承受超過1,200 V的電壓。利用該技術，已經研制出額定電壓達3,300V的器件。
七、Si、SiC和GaN材料參數
GaN在高頻應用中表現出色
八、GaN-on-GaN具備高耐用性
與GaN-on-Si/GaN-on-SiC等橫向器件相比，垂直結構的GaN-onGaN器件因其同質外延結構，天然具備更強的穩健性。
九、垂直GaN：簡單的GaN-on-GaN三維結構
垂直GaN-on-GaN e-JFET提供了一種可擴展的高導電性功率開關
JFET溝道利用GaN的高體遷移率，實現較低的整體RDS(ON)
器件結構具備穩健的邊緣端接設計，可實現完整的雪崩防護能力
十、適用于各種應用的功率開關技術
安森美的垂直GaN技術不僅是一項技術突破。對于那些尋求在能效、電氣化和先進制造領域占據領先地位的企業和國家而言，它更是一項戰略資產。
能源需求：以高效率、高性能的電力電子器件滿足AI和電動汽車市場日益增長的能源需求
性能和效率：相比傳統解決方案，更小巧、更輕便、更高效；支持先進的產品設計
行業投資：為高能效電子產品提供競爭優勢，同時具備技術前瞻性，能夠滿足未來市場需求
結論
相較于傳統橫向GaN僅能實現表面導電的結構短板，安森美垂直GaN采用同質外延生長架構，實現電流垂直貫通芯片，從底層結構上提升器件耐壓、載流能力與開關速度，整體性能全面超越硅、碳化硅及傳統橫向氮化鎵器件。依托六方纖鋅礦晶體結構的天然優勢，搭配成熟的精密外延制造工藝，垂直GaN器件具備高溫穩定、低缺陷、強雪崩防護、超低導通電阻等特性，最高可實現3300V耐壓，高頻工作能力行業領先。
目前安森美已率先實現垂直GaN技術規模化生產，完成700V、1200V器件樣品交付，憑借百余項核心專利構建堅實技術壁壘。該技術可有效縮減電源設備體積、提升能量利用率、降低運行損耗，全面賦能AI服務器電源、新能源汽車電控與充電、風光可再生能源、航空航天電源等核心場景。作為下一代功率電子的戰略性技術，安森美垂直GaN的商用落地，不僅補齊了高端寬禁帶器件的技術短板，也為全球產業高效電氣化、低碳化發展注入核心動力。
