垂直氮化镓半导体：AI 与电气化领域的突破性创新

随着人工智能数据中心、电动汽车及其他高能耗应用的全球能源需求激增，安森美半导体（onsemi）正式推出垂直氮化镓（vGaN）功率半导体。该产品为这类应用树立了功率密度、效率与稳定性的全新标杆。这款具有开创性的下一代 “氮化镓基氮化镓”（GaN-on-GaN）功率半导体，通过化合物半导体实现电流垂直传导，能够支持更高的工作电压和更快的开关频率，从而实现节能效果。这一特性可让人工智能数据中心、电动汽车（EV）、可再生能源以及航空航天、国防与安防领域的系统变得更小巧、更轻便。

亮点

专有的氮化镓基氮化镓技术可在更高电压下垂直传导电流，从而实现更快的开关和更紧凑的设计。

突破性解决方案可以减少能量损失和热量，减少近 50% 的损失。

由安森美纽约锡拉丘兹研发团队开发，拥有 130 多项专利，涵盖基础工艺、器件架构、制造及系统创新等领域。

安森美正在为早期访问客户提供 700V 和 1,200V 设备样品。

核心创新

安森美半导体的 vGaN 技术是一项突破性的功率半导体技术，为 AI 与电气化时代树立了效率、功率密度和稳定性的新标杆。该技术由安森美半导体纽约锡拉丘兹工厂研发并制造，公司在垂直氮化镓技术领域拥有 130 多项全球专利，覆盖基础工艺、器件设计、制造及系统创新等多个方面。

“垂直氮化镓是行业的变革者，巩固了安森美半导体在能效与创新领域的领导地位。随着电气化和 AI 重塑各行业，效率已成为衡量进步的全新标杆。功率产品组合中新增垂直氮化镓技术，为客户提供了实现无与伦比性能的终极工具。凭借这一突破，安森美半导体正在定义未来 —— 能效与功率密度将成为竞争力的核心要素。” 安森美半导体企业战略高级副总裁迪内希・拉马纳坦（Dinesh Ramanathan）表示。

重要意义

全球正进入一个全新时代，能源已成为制约技术进步的关键因素。从电动汽车、可再生能源，到能耗超过部分城市的 AI 数据中心，电力需求的增长速度远超我们高效发电和输电的能力。每节约一度电都至关重要。

安森美半导体的 vGaN 技术采用单片芯片设计，可承受 1200V 及更高电压，能以超高效率实现高频大电流开关。基于该技术打造的高端功率系统，能耗损失可降低近 50%；同时，更高的工作频率还能使电容器、电感器等无源器件的尺寸缩减约50%。此外，与市售横向氮化镓器件相比，vGaN 器件体积缩小约三分之二。这使得安森美半导体的 vGaN 成为关键大功率应用的理想选择 —— 这些应用对功率密度、热性能和可靠性要求极高，包括：

AI 数据中心：减少组件数量，提高用于 AI 计算系统的 800V DC-DC 转换器的功率密度，从而大大降低每个机架的成本。

电动汽车：打造更小、更轻、更高效的逆变器，可延长电动汽车的续航里程。

充电基础设施：开发更快、更小、更坚固的充电器。

可再生能源：增强太阳能和风能逆变器的高压处理能力，减少能耗损失。

储能系统 （ESS）：为电池转换器和微电网提供快速、高效、高密度的双向电源。

工业自动化：实现更小巧、散热更佳、效率更高的电机驱动和机器人系统。

航空航天、国防和安全：更高的性能、增强的坚固性和更紧凑的设计。

技术原理

目前市售的氮化镓器件大多采用非氮化镓衬底（主要为硅或蓝宝石）。针对超高电压器件，安森美半导体的 vGaN 采用 “氮化镓基氮化镓” 技术，允许电流垂直穿过芯片而非沿表面传导。这一设计带来了更高的功率密度、更强的热稳定性，以及极端条件下的稳定性能。凭借这些优势，vGaN 技术超越了硅基氮化镓和蓝宝石基氮化镓器件，具备更高的耐压能力、更快的开关频率、更优的可靠性和更强的稳定性。这使得研发更小巧、轻便、高效的功率系统成为可能，同时降低散热需求和整体系统成本。核心优势包括：

功率密度高：垂直氮化镓可在更小占地面积内承受更高电压和更大电流。

效率高：减少功率转换过程中的能量损耗，降低发热和散热成本。

系统紧凑化：更高的开关频率缩小了电容器、电感器等无源器件的尺寸。