【导读】随着AI数据中心、新能源汽车、可再生能源等领域高速发展，市场对功率器件的电压、频率、能效、体积及稳定性要求持续升级，传统硅基、碳化硅器件以及横向氮化镓技术，逐渐难以适配高端场景的迭代需求。安森美深耕十五年，成功实现垂直GaN（vGaN）技术商业化量产，依托独特的GaN-on-GaN垂直架构、专属外延工艺与完善专利布局，突破传统横向器件的性能桎梏，凭借高压、高频、低损耗、高稳健、小型化的核心优势，广泛适配算力、新能源、航空航天等高端领域，为行业电气化、高效化升级提供核心技术支撑。
小巧、轻便、高效，安森美垂直GaN解锁功率器件应用更多可能
在传统横向结构的GaN器件中，电流沿芯片表面流动。而垂直GaN的GaN层生长在氮化镓衬底上，其独特结构使电流能直接从芯片顶部流到底部，而不是仅在表面流动。这种垂直电流路径让器件能够承受更高的电压和更大的电流，从而实现更高的功率密度、更高的效率和更紧凑的系统设计。
一、垂直架构：功率技术新高度
垂直GaN创新：vGaN支持高电压和高频率运行，效率优于硅芯片
先进制造工厂：GaN研发工作在占地66,000平方英尺、配备GaN生产专用工具的洁净室设施中进行
专有GaN生长工艺：工程师借助安森美(onsemi)独特的专有技术，直接在GaN晶圆上生长GaN层
市场领先与发展进度：安森美率先实现vGaN技术规模化生产，目前已向早期客户提供700V和1,200V器件样品
二、什么是垂直GaN？
垂直GaN结构：GaN层生长在GaN衬底上，电流可以垂直流过芯片
更高性能：与横向GaN器件相比，可实现更高的电流密度和电压
出色的开关速度：支持的开关频率超越硅和碳化硅技术的能力范围
先进应用：非常适合用于人工智能数据中心、电动汽车充电桩与主驱逆变器，以及可再生能源系统
三、垂直GaN与横向GaN
功率性能比较：
四、vGaN正推动众多关键领域的创新和效率提升
安森美的垂直GaN赋能未来
人工智能数据中心：通过减小800V电源转换器的尺寸，提高计算密度
电动汽车：电动汽车充电速度更快，相关设备尺寸更小、效率更高
可再生能源：高效的太阳能逆变器和风能系统，减少能源浪费
航空航天：紧凑、坚固、可靠的高性能电源系统
五、安森美成功驾驭复杂技术，助力实现规模化创新
垂直GaN技术的重要进展：研究人员对这项技术的探索已逾15年。安森美实现垂直GaN的商业化，是制造领域的重要里程碑。
先进制造工艺：垂直GaN制造需要在块状衬底上生长厚实且无缺陷的GaN层，这一过程依赖精密外延生长技术和新型制造方法。
创新与专利组合：安森美拥有130多项相关专利，涵盖器件架构和加工工艺，展现其强大的创新能力和知识产权保护水平。
六、GaN的科学原理
纤锌矿结构 - 六方晶系的优势
高键合强度与低本征缺陷
垂直GaN晶体的生长和掺杂过程旨在提升其性能和可靠性，同时简化制造工艺。这一特性使垂直GaN有别于硅和碳化硅，成为未来高能效电子产品的战略材料。
六方晶系的优势：纤锌矿晶体结构提升性能
垂直GaN的六方纤锌矿晶体结构是其优异性能的基础。这一结构赋予其独特的电子特性，显著增强其耐高压能力，并有助于电源系统微型化。
这种晶系优势与pGaN和nGaN的制备方法使垂直GaN有别于传统材料，成为推动下一代电子产品性能提升的关键因素。
高精准度：垂直GaN在高温环境中表现稳定
垂直GaN通过高温生长工艺获得出色的稳定性和性能，为高能效、高可靠性电力电子技术的发展提供支撑。
垂直GaN器件能够承受超过1,200 V的电压。利用该技术，已经研制出额定电压达3,300V的器件。
七、Si、SiC和GaN材料参数
GaN在高频应用中表现出色
八、GaN-on-GaN具备高耐用性
与GaN-on-Si/GaN-on-SiC等横向器件相比，垂直结构的GaN-onGaN器件因其同质外延结构，天然具备更强的稳健性。
九、垂直GaN：简单的GaN-on-GaN三维结构
垂直GaN-on-GaN e-JFET提供了一种可扩展的高导电性功率开关
JFET沟道利用GaN的高体迁移率，实现较低的整体RDS(ON)
器件结构具备稳健的边缘端接设计，可实现完整的雪崩防护能力
十、适用于各种应用的功率开关技术
安森美的垂直GaN技术不仅是一项技术突破。对于那些寻求在能效、电气化和先进制造领域占据领先地位的企业和国家而言，它更是一项战略资产。
能源需求：以高效率、高性能的电力电子器件满足AI和电动汽车市场日益增长的能源需求
性能和效率：相比传统解决方案，更小巧、更轻便、更高效；支持先进的产品设计
行业投资：为高能效电子产品提供竞争优势，同时具备技术前瞻性，能够满足未来市场需求
结论
相较于传统横向GaN仅能实现表面导电的结构短板，安森美垂直GaN采用同质外延生长架构，实现电流垂直贯通芯片，从底层结构上提升器件耐压、载流能力与开关速度，整体性能全面超越硅、碳化硅及传统横向氮化镓器件。依托六方纤锌矿晶体结构的天然优势，搭配成熟的精密外延制造工艺，垂直GaN器件具备高温稳定、低缺陷、强雪崩防护、超低导通电阻等特性，最高可实现3300V耐压，高频工作能力行业领先。
目前安森美已率先实现垂直GaN技术规模化生产，完成700V、1200V器件样品交付，凭借百余项核心专利构建坚实技术壁垒。该技术可有效缩减电源设备体积、提升能量利用率、降低运行损耗，全面赋能AI服务器电源、新能源汽车电控与充电、风光可再生能源、航空航天电源等核心场景。作为下一代功率电子的战略性技术，安森美垂直GaN的商用落地，不仅补齐了高端宽禁带器件的技术短板，也为全球产业高效电气化、低碳化发展注入核心动力。
