在電氣化、可再生能源和人工智能數據中心的推動下，電力電子領域正經歷一場變革。安森美(onsemi)憑借創新的垂直氮化鎵 (vGaN) 技術引領這一浪潮，推出的高能效系統重新定義了性能與可靠性的行業標準。本文將解答關于 vGaN 的核心疑問，并闡釋該技術對能源與電源解決方案未來發展的影響。

01 什么是垂直GaN?它與其他GaN 技術有何不同?

目前市面上的GaN 器件通常采用橫向結構，即GaN 層生長在硅或藍寶石襯底上。而垂直 GaN 器件的 GaN 層則生長在 GaN 襯底上。這種垂直設計允許電流垂直流過芯片，而不是僅在表面流動;與橫向 GaN 器件相比，它能實現更高的電流密度和工作電壓，支持的開關頻率也遠高于硅或碳化硅 (SiC) 器件。

02 為何稱為“垂直”氮化鎵?

垂直GaN 這個名字來自此類器件中的電流流動方向。在傳統(橫向)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。

03 垂直GaN 與硅和碳化硅(SiC) 相比有何優勢?

與硅和碳化硅相比，垂直GaN 具有更寬的帶隙、更高的電子遷移率和更高的臨界電場，因此開關頻率和擊穿電壓更高，能效也更優。從 Baliga 品質因數 (BFOM) 來看，GaN 約為硅的 1000 倍，且其缺陷密度遠低于橫向 GaN 器件。

04 與競爭對手相比，安森美的垂直GaN 有何獨特之處?

安森美是率先實現垂直GaN 規模化量產和市場化的公司，擁有130 多項專利，并設有專門的研發和制造工廠。其專有的GaN-on-GaN 工藝可提供卓越的性能、可靠性和能效。

05 為什么其他公司無法實現垂直GaN 的規模化量產與市場化?

垂直GaN 的制造需要在塊狀GaN 襯底上生長厚實且無缺陷的GaN 層，工藝難度遠超標準硅器件制造。精確的外延生長技術與新型制造工藝至關重要，即便是微小的晶體缺陷也會影響器件的性能和可靠性。安森美擁有 130 多項全球專利，涵蓋器件架構和加工工藝的各個方面。

06 為什么垂直GaN 技術對電氣化和人工智能的未來發展至關重要?

垂直GaN (vGaN) 技術對人工智能和電氣化的未來發展至關重要，因為它能夠實現高能效、高功率的系統，而這些系統是滿足電動汽車、可再生能源和人工智能數據中心等技術日益增長的能源需求的關鍵。

07 垂直GaN 技術的主要優勢有哪些?

垂直GaN 技術可使電動汽車用電力電子產品(包括逆變器和快速充電系統)變得更小巧、更輕便且更高效。其高電壓和快速開關能力意味著電動汽車可以提升續航里程、加快充電速度并提高可靠性，同時推動關鍵汽車部件的微型化。

08 垂直GaN 技術將如何助力人工智能數據中心發展?

人工智能數據中心需要高計算密度和高能效。垂直 GaN 具有出色的功率密度和能效，可減少電源轉換過程中的能量損耗，從而提升性能和降低散熱成本。這使得數據中心能夠在更小的空間內集成更高的計算能力，從而在滿足 AI 快速發展需求的同時，有效控制能耗。

09 垂直GaN 技術如何支持可再生能源系統?

垂直GaN 技術能夠提升太陽能逆變器和風能轉換系統的效率，最大限度地提高能量捕獲率并減少損耗。其高電壓耐受能力與耐用性使其非常適合各種要求苛刻的可再生能源應用。

10 垂直GaN 技術在航空航天領域有何優勢?

該技術具備尺寸緊湊、可靠性高以及能在極端條件下運行的特點，因此非常適合需要電力電子設備具有高耐用性和高性能的航空航天系統。

垂直 GaN 為電力電子領域帶來突破性變革，能實現緊湊設計、卓越能效與高可擴展性，適用于從電動汽車到人工智能驅動的數據中心等各類應用。安森美作為率先實現 vGaN 規模化商用的企業，正為高性能系統樹立新的行業標桿。

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