安森美发布垂直氮化镓(GaN)半导体,为AI与电气化注入新动能!

发布时间:2025-11-13 阅读量:50 来源: 发布人: suii

在全球半导体行业竞逐第三代宽禁带材料的热潮中,安森美(onsemi)近期正式发布了其垂直氮化镓(GaN)半导体技术,这一突破被业界视为有望重塑人工智能(AI)基础设施与电气化应用格局的关键进展。该技术通过独特的垂直结构设计,解决了传统平面GaN在功率密度与热管理上的瓶颈,为高要求的AI计算与能源转换场景提供了新的解决方案。

一、垂直GaN:为何是突破性技术?

氮化镓作为第三代半导体材料的代表,以其高电子迁移率、高击穿场强和耐高温特性闻名,尤其适用于高频、高效的功率转换。然而,传统的平面型GaN器件在高压高功率应用中,面临着功率密度受限和散热效率不足的挑战。

安森美此次发布的垂直结构GaN器件,通过将电极布局从水平改为垂直,实现了电流的纵向导通。这一设计带来两大核心优势:

1.更高的功率密度:垂直结构允许器件在更小面积内承载更大电流,功率密度可达平面GaN的2倍以上,特别适合空间受限的AI服务器电源、车载充电系统等场景。

2.更优的热管理性能:热量可直接通过衬底向下传导,而非在表面横向扩散,显著降低热阻,提升系统可靠性。


研究表明,在800V高压平台上,垂直GaN的开关损耗可比硅基IGBT降低超70%,效率提升至98%以上,这对于降低AI数据中心能耗与电动汽车续航提升意义重大。

二、瞄准AI与电气化:垂直GaN的落地场景

1. AI基础设施:高能效供电的“刚需”
随着大模型参数量爆发式增长,单颗GPU功耗已突破1000W,AI集群的总功率可达兆瓦级。供电系统的效率每提升1%,都可能节省数百万美元的电费。垂直GaN能够用于AI服务器的高效CRPS电源、总线转换器(IBC)及负载点(PoL)模块,通过降低转换损耗与减少散热需求,直接助力数据中心PUE(电能使用效率)优化。

2. 电气化浪潮:从电动汽车到可再生能源
在电动汽车领域,垂直GaN可应用于:

•主驱逆变器:提升功率密度,延长续航里程;

•车载充电机(OBC):实现超快充并减小体积;

•DC-DC转换器:提高辅助系统效率。


同时,在光伏逆变器、储能系统等可再生能源领域,其高频特性有助于缩小无源元件体积,降低系统成本。


三、挑战与竞争格局

尽管前景广阔,垂直GaN仍面临以下挑战:

•成本压力:GaN-on-GaN(自支撑衬底)方案成本仍高于硅基GaN,需通过规模效应降价;


•供应链成熟度:全球具备垂直GaN量产能力的供应商有限,上下游生态尚在建设中;


•竞品追赶:Wolfspeed、英飞凌等厂商也在积极布局垂直结构技术,技术迭代窗口期短暂。


四、对行业的影响与未来展望

安森美垂直GaN的发布,可能从三个维度影响行业:

1.推动AI硬件能效标准提升:下一代GPU与加速器的供电系统设计或将基于垂直GaN重新优化。


2.加速电气化系统轻量化:电动汽车与充电设施有望进一步缩小体积、提高功率。


3.深化第三代半导体技术路线竞争:碳化硅(SiC)、GaN、氧化镓(Ga₂O₃)等材料的技术路径选择将更趋多元化。


结语

安森美垂直GaN技术的发布,不仅是材料与结构设计的突破,更是对AI与电气化产业需求的精准响应。在算力功耗与能源效率矛盾日益突出的今天,垂直GaN有望成为平衡性能与能耗的关键技术支点。然而,其最终成功仍取决于成本控制、生态共建与市场教育的协同推进。可以确定的是,第三代半导体的竞争,已从材料创新进入系统应用之争的新阶段。
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