在上个月的PCIM 2019上，imec宣布了一种与驱动器集成的功能性GaN半桥。该版本描述了如何安装在降压转换器测试板上，该芯片将48 V的输入电压转换为1 V的输出电压，脉冲宽度调制信号为1 MHz。这一成果利用了imec的GaN-on-SOI和GaN-on-QST®技术平台，降低了寄生电感，提高了换向速度。

新闻稿接着说，GaN电力电子器件主要由现成的分立元件主导。半桥是电力系统中常见的子电路，由独立的分立元件制造，或在单独的封装中，或集成在一个封装中，特别是用于较高的电压范围。利用GaN-on-Si技术在芯片上实现半桥是非常具有挑战性的，特别是在高电压下。这是因为基于GaN-on-Si技术设计的半桥在性能上受到反门效应的限制，反门效应会对半桥的高侧开关产生负面影响，而开关噪声会干扰控制电路。

为了释放GaN电源技术的全部潜力，imec将半桥和驱动器单片协集成在一个GaN- ic芯片中。通过低压逻辑晶体管、一套用于低欧姆和高欧姆电阻的无源组件以及mim电容器，高端集成电源系统可以在一个单一的模具上实现。

Imec的解决方案建立在Imec的GaN-on-SOI和GaN-on-QST®技术平台上，通过埋设氧化物和氧化物填充深沟槽隔离，实现电源设备、驱动器和控制逻辑的电隔离。这种隔离方案不仅消除了对半桥高侧开关不利的反向门控效应，而且还降低了干扰控制电路的开关噪声。通过设计用于驱动高侧开关的协整电平移位器、避免门输入波形重叠的死区控制器和片上脉宽调制电路，可以制作高度集成的降压和升压变换器。

在2018年氮化物半导体国际研讨会上的演讲中，他们就这一主题提出了以下总结:

单片集成GaN功率ic因其较高的开关速度、更好的功率转换效率和更紧凑的芯片体积而受到广泛关注[1,2]。然而，相邻器件之间的隔离以及衬底偏压的影响仍然不清楚。Imec最近证明沟槽隔离GaN-on-SOI可以有效地隔离器件，抑制串扰，简化衬底偏置，消除倒门效应[3,4]。比较了GaN-on-Si参考晶片和GaN-on-SOI带沟槽隔离的半桥结构。在GaN-on-SOI上制备的36 mm e-mode p-GaN HEMTs具有6 Ω mm的低on电阻、2.5 V的高阈值电压和低于1 μA/mm (@ VDS=200 V)的低off状态漏极，沟槽隔离层的水平泄漏和SiO2埋层的垂直泄漏均超过500 V，满足200 V的应用要求。对于GaN-on-Si，普通导电Si(111)衬底只能固定在一个电压下。相比之下，由于沟槽隔离，GaN-on-SOI上每个器件下的Si(111)器件层可以单独偏压。为了模拟半桥高侧(HS)设备的真实工作状态，设备源电压VS2偏置在0、100和200 V, VG2-S2和VD2-S2分别保持在5和1v。在GaN-on-Si上的HS上观察到50%的电流减少，这是由于负电压差VB-S2消耗了2DEG，这被称为反向门效应。相比之下，GaN-on-SOI完全消除了这个问题，因为沟槽隔离使得HS和低侧(LS)的衬底可以连接到各自的源端，以保持VB1-S1 = VB2-S2 = 0 V。

为了进一步提高这些单片集成电源系统的性能，imec旨在通过肖特基二极管和耗尽模式hemt等额外的协整组件来扩展其平台。

为了促进GaN电力电子技术的创新，该GaN- ic平台可通过我们的多项目晶圆(MPW)服务进行原型设计。高端电源系统具有前所未有的性能，无论是在开关速度、工作频率还是能源效率方面，都具有减少感应寄生和无形减少外形因素的可能性，这将进一步促进GaN在消费和可重复使用能源市场领域的电源使用。

引用:
[1] D. Reusch等，《ECCE进程》，IEEE, 2015年9月，第381-387页。
[2] B. Weiss等人，在Proc. WiPDA, IEEE, 2016年11月，第215-219页。
[3] X. Li等，IEEE电子器件通讯，38,918(2017)。
李旭东等，电子器件学报，2018.2833883. doi: 10.1109/LED.2018.2833883。