1200V GaN雙向開關技術突破 整合續流二極體推動能源轉型

在歐洲能源轉型與經濟發展的關鍵時刻，功率電子技術的創新扮演著舉足輕重的角色。德國弗勞恩霍夫應用固態物理研究所(IAF)專注於氮化鎵(GaN)寬能隙半導體元件的研發，為電動交通、能源產業與氣候科技帶來革命性進展。

最新研究成果顯示，IAF團隊在高壓與低壓元件領域取得重大突破：將在2025年PCIM Europe展會上發表具備1200V阻斷電壓的高度整合雙向開關(MBDS)，並展示採用傳統GaN電晶體搭配閘極接點的雙向開關應用於3階T型變頻器。這些成果均來自GaN4EmoBiL研究計畫。

「當前的地緣政治挑戰，如關稅衝突，反而為歐洲經濟體創造機會，透過自主研發功率電子解決方案，在能源生產與移動科技等關鍵領域取得技術優勢。」IAF高頻與功率電子業務開發經理Achim Lösch強調。

Lösch進一步說明：「創新功率電子技術的附加價值顯而易見：同時實現更高功率、更佳效率與更緊湊尺寸，將推動未來科技發展。電動車充電速度更快，再生能源轉換與儲存效率更高。我們正全力開發創新的GaN元件，為這些重要領域注入動能。」

IAF研究團隊成功開發出適用1200V電壓等級的GaN MBDS，整合續流二極體並完美相容於自主GaN技術平臺。製造過程採用IAF獨創的GaN-on-insulator技術：以碳化矽(SiC)和藍寶石等高絕緣材料作為GaN功率半導體的承載基板，大幅提升元件間絕緣效能與崩潰電壓。

這款MBDS具備雙向電壓阻斷與電流傳導能力，由於僅需單一分裂空乏區，不僅節省晶片面積，更能有效降低導通損耗。該元件可應用於電網連線的電力轉換器、能源儲存系統及電動驅動系統，為1200V等級系統開發開闢新途徑。

隨著阻斷電壓提升，電動車開發顯著受益：充電功率增加，運作時的能源損耗因電阻降低而減少。雖然目前市場以400V電動車為主，但800V技術正快速崛起。躍升至1200V將大幅提升電動車續航力，並增強電動卡車的實用價值。

這項整合周邊電路的1200V GaN MBDS技術，將由Michael Basler博士於5月8日上午10:10-10:30在PCIM會議「GaN元件II」專題研討會中發表。內容基於其論文《高度整合的1200V GaN單片雙向開關》，該論文將隨PCIM 2025會議一併出版。

在48V以下阻斷電壓的多階變頻器領域，IAF同樣取得進展：研究人員採用傳統單閘極HEMT(高電子遷移率電晶體)，以氮化鋁鎵/氮化鎵(AlGaN/GaN)異質結構為基礎，成功應用於低壓3階T型變頻器作為雙向開關。相較於雙閘極雙向電晶體，此設計能實現更簡易的電晶體控制，如同1200V MBDS，在節省空間的同時簡化控制架構。

Daniel Grieshaber將於5月6日PCIM會議上發表相關研究成果，論文標題為《單閘極GaN HEMT在低壓多階拓撲中作為雙向開關之研究》。

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