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Interview mit Dan Kinzer

»Silizium sollte sich warm anziehen«

19. Mai 2016, 9:09 Uhr | Ralf Higgelke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

GaN-HEMT plus Treiber monolithisch integriert

Warum haben andere GaN-Firmen wie EPC oder International Rectifier, heute Infineon, nicht den gleichen Ansatz verfolgt und auch schon die Treiberstufe mitintegriert? Ist diese Integration so schwierig?

Sie haben Recht, das ist keine leichte Aufgabe. Einige Unternehmen haben bereits zwei oder drei GaN-Schalter auf einem Chip integriert. Aber in unserem Fall reden wir von einem komplexen IC mit drei Treiberstufen sowie Gate- und ESD-Schutz. Das ist schon sehr komplex und ich glaube, wir sind die ersten, denen das gelungen ist.

Ich vermute, dass unsere Mitbewerber ihren GaN-Schalttransistor schnell zur Marktreife bringen wollten, um schnell am Markt zu sein. Das ist durchaus sinnvoll, wenn man einen Markt erobern oder neu schaffen möchte. Aber einfach nur den Schalter zu verkaufen ist keine echte Lösung für die Anwender. Denn für solche Transistoren benötigen Sie wie gesagt eine komplexe Ansteuerungen und Treiber und Sie müssen das Gate schützen. Bei den Lösungen unserer Mitbewerber müssen Anwender den GaN-FET mit einem externen CMOS-Treiber ansteuern. Das bedeutet, dass sie durch die höhere Streuinduktivität gegenüber unserem monolithisch integrierten Chip den Transistor langsamer ansteuern müssen, um kein möglicherweise schädigendes Überschwingen am Gate zu erzeugen. Aber dadurch macht man die Vorteile von GaN wieder größtenteils zunichte; man möchte ja extrem schnell schalten.

Was sind die Probleme, mit denen sich Anwender sonst noch konfrontiert sahen, und wie löst Ihre Plattform diese?

Ich denke, die meisten unserer Mitbewerber wussten nur, wie man einen selbstleitenden GaN-Schalter aufbaut. Und um das zu umgehen, nutzten sie die Kaskode, sie schalten also einen Niederspannungs-Silizium-MOSFET in Serie zum GaN-Schalter. Das aber führt zu Problemen: Es entstehen zusätzliche Kosten durch das zusätzliche Bauteil und durch das Co-Packaging. Manchmal braucht man zusätzlich Widerstände und Kondensatoren, um das Rauschen unter Kontrolle zu halten. Auch der Silizium-MOSFET bringt so seine Tücken mit sich; seine Gate-Ladung ist wesentlich höher, sodass er nur vergleichsweise langsam schaltet. Aber damit büßt man viele Vorteile wieder ein, die GaN bietet. Wir dagegen nutzen GaN-Transistoren vom Anreicherungstyp, sie sind also selbstsperrend.

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Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Anwender erst noch lernen müssen, wie man selbstsperrende GaN-FETs treibt. Das führte in der Vergangenheit häufig dazu, dass gerade bei älteren GaN-Generationen das Gate-Oxid überbeansprucht wurde. Bei uns ist der Abstand zwischen Betriebsspannung und Gate-Durchbruchspannung wesentlich größer als bei jenen.

Wie sieht es mit dem Effekt des Anstiegs des dynamischen Einschaltwiderstands bei GaN aus? Ist das mittlerweile vom Tisch?

Früher war dieser Effekt ein wirklich schlimmes Problem; der dynamische Einschaltwiderstand stieg teilweise auf ein Mehrfaches des im Datenblatt angegebenen. Zwar ist das Problem nicht vollständig vom Tisch, aber es konnte soweit abgemildert werden, dass es im Betrieb keinen signifikanten Effekt mehr hat.