IT之家 Bericht vom 6. Oktober: Renesas Electronics hat heute das erste niedrigspannige GaN-Powerhalbleiterprodukt der Firma vorgestellt. Das neu eingeführte Produkt gehört zur 100V-verbesserten (E-mode) GaN-Spaltpowertransistor-Serie undzielt auf Anwendungsbereiche wie AI-Datenzentren, humanoide Roboter, Fabrikautomatisierung und Industriemotoren.
Laut IT Home bieten die von Renesas veröffentlichten Produkte RTP100E005G1FL, RTP100E2P6G1FL, RTP100E1P8G1FL-DSC und RTP100E1P2G1FL-DSC eine bessere Leistung bei der Festschalter- und Softschalter-FOM-Leistung. Im Vergleich zu ähnlichen GaN-Geräten ist die FOM des Festschalters bis zu 35% reduziert und die FOM des Softschalters bis zu 63% reduziert. Die niedrigspannigen GaN-Geräte behalten außerdem die kompatiblen Gehäusesizeen der Siliziumgeräte bei, was die Einführung bestehender Designs erleichtert.
Gleichzeitig verbessert das Produktprogramm im Vergleich zum Silizium-Design die Effizienz um 1% bis 3% und eliminiert die Qrr-Verluste, wobei die Schaltverluste um 40% bis 70% reduziert werden. Es gibt verschiedene standardisierte MOSFET-kompatible Verpackungen, die den Kunden ermöglichen, schnell von der Silizium-MOSFET-Architektur auf das GaN-System zu wechseln, ohne eine umfangreiche Neugestaltung des PCB erforderlich zu machen.
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Galliumnitrid (GaN) gehört zu den breiten Bandbreiten-Substratmaterialien, dessen Bandbreitenbreite etwa 3,4 Elektronenvolt beträgt, deutlich höher als die von Silizium, die etwa 1,12 Elektronenvolt beträgt. Die kritische Durchdringungsfeldstärke ist etwa 10-mal so hoch wie bei Silizium. Die GaN-Leistungsbauelemente nutzen das 2D-Elektronengas (2DEG), das durch den Polarisationseffekt an der Grenzfläche von AlGaN/GaN-Hybridkontakt entsteht, zur Leitfähigkeit. Ohne Doping wird eine niedrige Widerstandsleitfähigkeit erreicht, was zu einer schnelleren Schaltgeschwindigkeit, einem geringeren Gatterspann und einer niedrigeren Ausgangskapazität führt. Zudem besitzen die GaN-Bauelemente keine Bodendiode; die umgekehrte Leitung hängt von der Öffnung des Kanals ab, und die umgekehrten Wiederanladekapazität (Qrr) ist fast null.
Die GaN-Leistungsbauelemente werden hauptsächlich in zwei Techniklinien unterteilt: der verstärkten (E-Mode) und der entwässerten (D-Mode) Cascode-Technologie. Die verstärkte GaN realisiert einen positiven Schwellenpotential durch die Modulation des zweidimensionalen Elektronenraums über die Gatestruktur; die entwässerte GaN ist selbst ein konstant durchlaufendes Bauelement und muss mit einem niedrigspannigen Silizium-MOSFET kombiniert werden, um eine konstant schließende Cascode-Struktur zu bilden. Diese Struktur weist eine höhere Belastbarkeit und eine stärkere Störungsbeständigkeit auf. Die bisherigen GaN-Produkte von Renesas basierten meist auf der ausgebeuteten SuperGaN-Technologie von Transphorm, die sie übernommen hat. Das Produkt mit 100V ist dabei ihr erster verstärkter (E-Mode) GaN-Splitterbauelement.
Der in dem Text erwähnte FOM (Figure of Merit) ist ein häufig verwendetes Kennwert zur Bewertung des Gesamtkompetenzniveaus von Leistungsbauelementen. Eine gängige Form ist das Produkt aus der Durchgangsresistanz und der Gateladung (RDS (on) × Qg). Je niedriger die Werte sind, desto höher kann bei denselben Verlusten die Schaltfrequenz sein oder die Verluste sind bei derselben Frequenz geringer. Bei Silizium-MOSFETs liegt dieser Wert in der Regel bei etwa 1000mΩ·nC, während bei GaN-Bauelementen nur etwa 50 bis 100mΩ·nC beträgt.
Renesas Electronics hat am 20. Juni 2024 den Kauf des US-amerikanischen GaN-Leistungshalbleiterherstellers Transphorm abgeschlossen. Dadurch ist sie in die Welt der GaN-Leistungselemente eingetreten und hat gleichzeitig eine 15-teilige erfolgreiche Produktkombination basierend auf GaN vorgestellt. Im Juli 2025 veröffentlichte Renesas einen 650V-4. Generation-Plus-GaN-FET auf der SuperGaN-Plattform, der für Anwendungen im Bereich von AI-Datenzentren, Server-Stromversorgung und Elektroautobuchsen mit mehreren Kilowattniveauen geeignet ist; das 100V-Niedervoltsprodukt ist seine erste Erweiterung der GaN-Technologie in den Niedervoltsbereich.