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GaNパワーデバイス


X-GaN Wafer Photo

お知らせ

2016年08月08日
[展示会]  ELEXCON2016 (2016/08/24-26 深セン会展中心 2号館(中国広東省深セン))に出展いたします。
2016年05月13日
[展示会]  欧州ドイツPCIM (Power Conversion Intelligent Motion 2016) に出展いたしました。
2016年04月20日
[ニュース]  GaNパワーデバイスサンプル、評価ボードがオンライン購入可能になりました。
2016年02月23日
[展示会]  APEC 2016 (2016/03/20-24 @ Long Beach Convention & Entertainment Center)に出展いたします。
2015年11月19日
[ニュース]  「NEDO省エネルギー技術フォーラム2015」にパナソニック GaN transistor (X-GaN™)を展示
2015年11月12日
[ニュース]  ISPSD2015 最優秀論文発表賞(Best Paper Award)を受賞
2015年10月16日
[更新ページ]  次世代パワーデバイス「X-GaN」開発ストーリ掲載
2015年10月16日
[ニュース]  次世代パワーデバイス「X-GaN」搭載パワーアシストスーツ 鈴鹿8時間耐久レースで活躍
2015年05月18日
[新製品]  業界最小パッケージの耐圧600Vのエンハンスメントモード GaNパワートランジスタを製品化
2015年04月15日
[展示会]  PCIM 2015 (2015/05/19-21 @ Messe Nuremberg, Germany)に出展しています。
2015年03月10日
[プレスリリース]  インフィニオンとパナソニックがノーマリオフ600VGaNパワーデバイスの二社供給体制を構築へ
2015年03月10日
[展示会]  APEC 2015 (2015/03/15-19 @ Charlotte Convention Center)に出展しています。
2014年05月16日
[展示会]  PCIM Europe 2014 (2014/05/20-22 @ Exhibition Centre Nuremberg)に出展いたします。
2014年03月18日
[展示会]  APEC 2014 (2014/03/16-20 @ Fort Worth Convention Center)に出展しています。
2014年02月25日
[展示会]  embedded world 2014 のWEB展示を開始しました。
2014年01月27日
[展示会]  embedded world 2014 (2014/02/25-27 @ Exhibition Centre Nuremberg)に出展いたします。
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GaNとは

石油資源や環境問題などを背景に世界的に取組まれる「省エネルギー化」において、電化製品の電源分野における役割の重要度は急速に高まってきています。特にインバータなど電力変換・制御装置のパワーデバイスは、低損失化を実現することにより直接的効果を得られる為、「省エネルギー化」のキーデバイスに位置づけられています。

パワーデバイスの電力損失の要素としては、下記の2つがあります。

  1. オン状態の電流経路に存在する電気抵抗による「導通損失」
  2. オン/オフの切替時に発生する「スイッチ損失」

つまり、低損失化を実現するには、「電流経路の低抵抗」と「高速スイッチング」により改善する必要があります。

そこで期待されるデバイスが「GaN(窒化ガリウム)」です。
GaNはGa(ガリウム)とN(窒素)の化合物で、高絶縁耐圧と低導通抵抗という物理特性を併せ持っています。従来のSiトランジスタでは、高耐圧を実現するために面積の増大が課題となっていましたが、GaNはこの「高絶縁耐圧」により小型化がはかれ、低導通抵抗と、小型化による寄生容量の低減により、高速スイッチングが可能となります。

GaNとは

つまり、GaNは

  • 小型化
  • 高耐圧
  • 高速スイッチング

により低損失、高効率を実現できる 次世代のパワーデバイスなのです。

GaNとは?パワーエレクトロニクス市場における期待 -Part 2-
(右の写真をクリックすると、動画再生用の新規ウインドウが開きます。)
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GaNの特長および特性

GaNの特長である、高耐圧 /小型化 /高速スイッチングは、高絶縁耐圧と低導通抵抗という特性によって実現されています。

まず高絶縁耐圧は、GaNがワイドバンドギャップ半導体であることにより実現されます。
バンドギャップとは、接合する物質の境界に発生する電子が存在できない領域の事で、GaNは従来のSiと比べこのバンドギャップが広くなっており、絶縁破壊が生じる電界を一桁大きくすることができます。
また、GaNはこの高絶縁耐圧により同じ耐圧を実現するデバイスサイズは、Siより小型化できます。小型化には寄生容量が低減するメリットもあり、スイッチングの高速化に役立ちます。

低導通抵抗は、パワーデバイスのオン抵抗抵抗が絶縁破壊電界の3乗に反比例するという特性により実現されます。つまり、GaNデバイスは理論上Si限界の約3桁低いオン抵抗が期待できます。また、飽和電子速度も大きいため、デバイスの高速化に適しています。

GaNの特徴および特性

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X-GaNの実現

GaNトランジスタを実用化するためには、2つの大きな課題があります。それは

  • ノーマリーオフの実現
  • 電流コラプスの抑制

というGaN特有の課題です。
当社ではそれぞれの課題に対し、独自の技術により課題解決に成功しました。

1.ノーマリーオフの実現

従来のGaNデバイスは「ノーマリーオン」特性を示すものでした。それは、ゲートに電圧を印加しない状態でドレイン電流が流れてしまうもので、ドレイン電流を止めるためにはゲートに負電圧を印加する必要がありました。
これではゲートの制御ができなくなるような事態が発生した場合(ゲートに電圧が印加されない状態)に、電流が流れっぱなしになり破壊を招く危険があり、安心して使用することができません。
GaNの実用化には、この「ノーマリーオン」を、従来のシリコンデバイスと同じ、ゲートが0Vの時にドレイン電流が流れない「ノーマリーオフ」にすることが必須でした。

当社では、ゲート電極にP型GaNを採用し、ゲート下のチャネル部のみ電子を消滅させることで、ノーマリーオフを実現しております。

一般的には、ドレイン電流を流すための電子の数をトランジスタのチャネル全体で少なくした上でゲート構造を少し工夫することでノーマリオフを実現する手法が取られます。しかし、当社ではゲートにP型GaNを用いる新しい手法で、ドレイン電流を流すための電子の数をトランジスタ全体で少なくするのではなく、 P型GaN材料の持つ内部的な電気的作用で P型GaNのあるゲート下のみの電子を消滅させます。この新技術により、トランジスタのオン抵抗を低減させたまま、ノーマリオフを実現することに成功しました。
このように当社X-GaNは、「ノーマリーオフ」と「低チャネル抵抗」の両立を実現しています。

特徴1特徴1

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2.電流コラプス

つぎに「電流コラプス」ですが、これは高電圧印加時に電子がチャネル近傍にトラップされることでスイッチング時のオン抵抗が増加する現象です。この現象が発生する状態で長時間連続動作させると、デバイスが発熱し過ぎ、破壊や誤作動を招きます。
つまり、お客さまが製品を使用する条件範囲に対して十分にマージンを持たせて電流コラプスを発生させないような「コラプスフリー」の実現が必要になります。

当社では、この課題を解決するため、ドレイン近傍にP型のGaN領域を新たに配置し、そのP型GaNから高電圧印加時にホールを注入することで、トラップされた電子を再結合により消滅させる技術を開発しました。

この新技術により、GaNデバイスの電流コラプス課題を根本から解決し、お客さまが製品を使用する条件範囲に対して十分にマージンを持たせた850Vまでのコラプスフリーを実現しました

特徴1特徴1

X-GaN誕生の軌跡(課題と解決方法)-Part 3-
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GaNの製品応用

このように、GaNパワーデバイスは「電流経路の低抵抗」と「高速スイッチング」を実現する次世代パワーデバイスです。この特性がもっとも効果的な分野は、高効率電源やEV/HEV、PVインバータです。

応用例として

  1. 増加し続ける情報処理を支えるサーバ用電源などIT機器の消費電力の削減
  2. 自然エネルギーによる高効率安定電力供給の実現
  3. 近年急速に発展するHEV/EV

などがあります。
これら分野において求められる「電源」「HEV/EV」「PVインバータ」の高効率・低発熱そして小型化を、パナソニックが開発したGaNパワーデバイスが貢献します。

GaNの製品応用

X-GaNの活用事例と今後 -Part 4-
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GaNのロードマップ


GaNのロードマップ

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サンプル購入

■ オンライン購入

  • Mouser
Mouserにて、GaNパワーデバイス(X-GaN™)の販売を開始しました。サンプル購入はこちら
当社GaNデバイスのサンプルは、技術検討用となっております。
量産への適応をご検討の方は、別途お問い合わせください。


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製品一覧

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*1 RoHS対応:EU RoHS(2011/65/EU)の禁止6物質全てが閾値未満の場合を「対応済」、ひとつでも閾値以上の物質がある場合を「未対応」と定義しています(適用除外用途を除く)。詳細は「EU RoHS指令適合確認報告書」を参照して下さい。"-" のものはお問合せ下さい。
*2 REACH対応:2017年1月12日に更新された ECHA候補物質リストに掲載された SVHC173物質について、"購入先からの部材情報"と"製品構成部材"の情報でSVHCがひとつでも製品重量あたり0.1wt%を越える場合を「SVHC含有」、全てが0.1wt%以下の場合を「SVHC非含有」と定義しています。

 *3 当社GaNデバイスのサンプルは、技術検討用となっております。
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関連製品


AN34092B

 Single-Channel "X-GaN" power transistor High-Speed Gate Driver
 AN34092B


 ゲートドライバ AN34092B は最適な電流ソースと、負電圧機能を内蔵し、
 "X-GaN" パワートランジスタの駆動を、少ない外部部品にて実現し、設計容易化を図ります。

 フライヤー    : Icon
 データシート   : Icon
 パッケージ情報 : Icon

 ご購入はこちら ⇒ Icon

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評価環境一覧

Web シミュレーションツール


 PowerESim

  • パナソニックは、X-GaNデバイスシミュレータ(簡易WEB評価)の提供を開始しました。
    このシミュレータを使用することにより、正確なデザインリファレンスを得ることができます。
    トーテムポール型PFCは、X-GaNを用いて99%以上の効率を実現する最適なPFC回路になります。

  ログインはこちらから ⇒ Login

  オペレーションマニュアル: Icon



Spiceモデル


Spice Models

  • X-GaN™ のSpiceモデルの提供を開始しました。
    半導体サポートシステム(ユーザー登録制)からダウンロードして下さい。

  資料はこちら ⇒ 半導体サポートシステム



評価ボード概要

ノート 提供
Chopper Board DFN 15A "X-GaN"専用ゲートドライバを用いた、基本特性評価ボード
PGA26E07BA-SWEVB006 New!

 ・GaNデバイス:       PGA26E07BA
 ・Gateドライバ:        AN34092B
 ・最大入力電圧:      DC 400V

  Flyer ⇒ Icon

  ...詳細資料はこちら ⇒ Icon技術サポートシステム

販売中

ご購入はこちら ⇒ Icon

Chopper Board DFN 10A "X-GaN"専用ゲートドライバを用いた、基本特性評価ボード
PGA26E19BA-SWEVB006 New!

 ・GaNデバイス:       PGA26E19BA
 ・Gateドライバ:        AN34092B
 ・最大入力電圧:      DC 400V

  Flyer ⇒ Icon

  ...詳細資料はこちら ⇒ Icon技術サポートシステム

販売中

ご購入はこちら ⇒ Icon

Half Bridge Board DFN 15A "X-GaN"専用ゲートドライバを用いた、ハーフブリッジ基本特性評価ボード
PGA26E07BA-SWEVB008 New!

 ・GaNデバイス:       PGA26E07BA
 ・Gateドライバ:        AN34092B
 ・最大入力電圧:      DC 400V
 ・ドレイン電流:        15A

  Flyer ⇒ Icon

  ...詳細資料はこちら ⇒ Icon技術サポートシステム

販売中

ご購入はこちら ⇒ Icon

Half Bridge Board DFN 10A "X-GaN"専用ゲートドライバを用いた、ハーフブリッジ基本特性評価ボード
PGA26E19BA-SWEVB008 New!

 ・GaNデバイス:       PGA26E19BA
 ・Gateドライバ:        AN34092B
 ・最大入力電圧:      DC 400V
 ・ドレイン電流:        10A

  Flyer ⇒ Icon

  ...詳細資料はこちら ⇒ Icon技術サポートシステム

販売中

ご購入はこちら ⇒ Icon



コンセプト デモ

Compact Board

オールインワン 電源ボード
  • 電力密度 30 W/in3 (1.83 W/cm3)

  ...詳細資料はこちら ⇒ Icon技術サポートシステム

ノート 提供
LLC1 Board 1MHzのスイッチング動作が可能なGaNパワー評価ボード
 ・入力電圧:    DC 380V
 ・出力電圧:    DC 246V
 ・出力電流:    3.7A
 ・スイッチング周波数: 1.042MHz
受注生産
LLC2 Board 共振 LLC フルブリッジ DC/DCコンバーター
 開発品の動作テスト前に GaNトランジスタの動作を事前に評価することが出来ます。
 ・入力電圧:   DC 380V
 ・出力電圧:   DC 48V
 ・出力電流:   20.8A
 ・スイッチング周波数:   320kHz

  ...詳細資料はこちら ⇒ Icon技術サポートシステム

受注生産
TotemPole PFC Board トーテムポール形ブリッジレス PFC ボード
 開発品の動作テスト前に GaNトランジスタの動作を事前に評価することが出来ます。
 ・入力電圧:   AC 200V〜260V
 ・出力電圧:   DC 380V
 ・出力:      1200W
 ・スイッチング周波数:  100kHz (fixed)

  ...詳細資料はこちら ⇒ Icon技術サポートシステム

受注生産








信頼性結果

TO-220パッケージ品の評価結果

テスト項目 検査条件 検査規格 評価数量 結果
THB Tj=85C, RH=85%, Vds=480V, 1000h JEDEC
JESD22-A101
45pcs × 3lot PASS
HTRB Tj=150C, Vds=480V, 1000h JEDEC
JESD22-A108
45pcs × 3lot PASS
HTRB_G+ Tj=150C,Vgs=+4V, 1000h JEDEC
JESD22-A108
45pcs × 3lot PASS
HTRB_G- Tj=150C, Vgs=-12V, 1000h JEDEC
JESD22-A108
45pcs × 3lot PASS
HTS Tj=150C, 1000h JEDEC
JESD22-A103
45pcs × 3lot PASS
間欠動作試験 Tj=25C, ⊿Tj=100C, 2500cyc
1cyc:on/off=2min/2min
MIL-STD-750
Method 1037
15pcs × 3lot PASS
温度サイクル試験* -55C~150C,100cyc
 1cyc:-55C(30min)→normal temp.(5min)
  → 150C(30min)→normal temp.(5min)
JEDEC
JESD22-A104
45pcs × 3lot PASS
ハンダ耐熱試験 T=270±5C, t=10±1s JEDEC
JESD22-A113
45pcs × 3lot PASS
ESD Test (HBM) C=100pF, R=1.5kohm, ±1000V JEDEC
JS-001
3pcs each
 × 3lot
PASS

* ハンダ耐熱試験後









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X-GaN搭載パワーローダーが鈴鹿8耐で活動

ビデオ特集
パナソニックの次世代パワーデバイス「X-GaN」
全編:
パナソニックの次世代パワーデバイス「X-GaN」
X-GaN パワーアシストスーツ at 鈴鹿サーキット
Part 1:
X-GaN パワーアシストスーツ at 鈴鹿サーキット
GaNとは? パワーエレクトロにクス市場における期待
Part 2:
GaNとは? パワーエレクトロにクス市場における期待
X-GaN誕生の軌跡(課題と解決方法)
Part 3:
X-GaN誕生の軌跡(課題と解決方法)
X-GaNの活用事例と今後
Part 4:
X-GaNの活用事例と今後

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展示会

PCIM 2016

X-GaN Panasonic Gallium Nitride solutions at PCIM

APEC 2016

APEC 2016 was held in Long Beach , California, United States of America at March 20-24, 2016.

APEC 2016 X-GaN Power Solution
Interview 1:
APEC 2016 X-GaN Power Solution
APEC 2016 X-GaN Power Adapter
Interview 2:
APEC 2016 X-GaN Power Adapter

APEC 2015

APEC 2015 was held in Charlotte, North Carolina, United States of America at March 15-19, 2015.

PCIM 2014

PCIM (Power Conversion Intelligent Motion) is Europe's leading meeting-point for specialists in Power Electronics and its applications in Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management.

From 20th – 22nd May 2014, the industry's key international players met in Nuremberg. Get up-to-the-minute information on the newest trends and developments as well as state of the art solutions for your most challenging problems.

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