Les HEMT GaN de 150V gagnent en fiabilité et en simplicité de contrôle
Grâce à une structure originale permettant de porter la tension de claquage de grille des transistors HEMT 150V en GaN à 8V contre 6V habituellement, le Japonais Rohm rend ces composants plus fiables et plus simples à contrôler. De quoi favoriser l’adoption du GaN à plus grande échelle dans les applications de puissance.
Dans le domaine de la puissance et de la conversion d’énergie, les semiconducteurs à grand gap, tels que le carbure de silicium (SiC) ou le nitrure de gallium (GaN), sont l’objet de toutes les attentions compte tenu de leurs caractéristiques intrinsèques intéressantes par rapport aux solutions en silicium.
Très présent aussi bien sur le silicium que sur le SiC, le Japonais Rohm n’en oublie pas pour autant le GaN afin de couvrir le spectre d’applications de puissance le plus large possible (voir figure ci-contre), le SiC étant principalement destiné aux fortes puissances alors que le GaN vise les applications à très haute fréquence de commutation et plage de puissance moyenne. Grâce à ses caractéristiques de commutation et sa faible résistance à l’état passant, le GaN contribue notamment à améliorer l’efficacité de la conversion de puissance et la miniaturisation des alimentations à découpage utilisées dans les stations de base et les centres de données. Des atouts particulièrement bienvenus à l’heure où la demande croissante pour ces équipements, du fait de l’explosion des objets connectés, au sens large du terme, font de ces deux points des enjeux majeurs.
Fiabiliser le GaN dans les applications de puissance
L’implication de Rohm dans le domaine des composants de puissance en GaN se traduit en ce mois de mai par l’annonce de l’échantillonnage prévu en septembre prochain de transistors HEMT 150V en GaN dotés d’une tension de claquage de grille (ou tension grille-source nominale) portée à 8V au lieu 6V habituellement pour ce type de composants.
Cela n’a l’air de rien mais il s’agit là d’un cap important dans la fiabilisation – et donc l’acceptabilité – des solutions en GaN dans le domaine de la puissance. En effet, avec une tension nominale de fonctionnement de 5V, la marge de manœuvre est faible pour ne pas dépasser la tension de claquage de grille de 6V habituellement rencontrée dans les HEMT en GaN, ce qui aurait pour conséquence d’endommager, voire de détruire le composant. En portant cette dernière à 8V, Rohm triple la marge possible sur la tension d’entrée (3V au lieu de 1V), limitant ainsi grandement le risque d’endommagement du composant, même si l’on dépasse 6V pendant la commutation. Et si l’on ajoute à cela le fait que cette marge plus confortable autorise le fonctionnement du HEMT sans nécessiter un contrôle très précis de la tension de commande de grille, ce qui pouvait représenter un frein à l’acceptabilité des solutions en GaN, alors on comprend mieux l’intérêt de la solution proposée par Rohm.
Par ailleurs, le composant GaN du Japonais est encapsulé dans un boîtier CMS polyvalent de 5x6x0,9 mm optimisé en matière de dissipation thermique, d’une part, et de fiabilité et de montabilité, d’autre part, avec l’objectif affiché de remplacer le plus aisément possible les solutions existantes en silicium. Qui plus est, l’utilisation d’une technologie d’encapsulation de la jonction dite à « clip » de cuivre permet, selon le Japonais, de réduire de 55% l’inductance parasite par rapport aux boîtiers conventionnels, de manière à éviter l’échauffement trop important du composant à haute fréquence. Enfin, Rohm annonce une réduction de 65% des pertes de commutation de son composant GaN par rapport aux solutions traditionnelles en silicium.
Ce transistor HEMT trouvera son juste emploi dans les convertisseurs « buck » d’entrée 48 V pour centres de données et stations de base, dans les convertisseurs « boost » pour le bloc amplificateur de puissance des stations de base, dans les amplificateurs audio de classe D ou bien encore dans les circuits de commande de LiDAR et les circuits de recharge sans fil pour appareils portables.
