技术平台篇：PowerGaN 技术平台、e‑Mode 器件结构与自保护特性

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本次将围绕4篇内容来分析100V PowerGaN

总览篇：100V PowerGaN，把氮化镓优势引入低压大电流功率转换

技术平台篇：PowerGaN 技术平台、e‑Mode 器件结构与自保护特性

产品选型篇：PowerGaN 全系列产品矩阵与应用领域匹配

封装生态与应用落地篇：PowerGaN 封装矩阵、配套资源与开发流程

文章概述

本篇解析 ST PowerGaN 底层技术平台：GaN‑on‑Si 常关（normally‑off）p‑GaN 工艺、增强型 e‑Mode HEMT 结构、8 英寸晶圆垂直整合产线，以及自保护型 e‑Mode GaN HEMT 的栅极输入、短路、过温、欠压保护特性，说明其相较硅功率器件的性能优势。

2.1 PowerGaN 技术平台（附件原文）

1. 工艺制程 ：GaN‑on‑Silicon 常关型器件，基于 p‑GaN 工艺（e‑Mode，增强型）；
2. 晶圆方向 ：迈向8 英寸晶圆制造 ，采用垂直整合流程 —— 从 GaN 外延到低压 / 中压 / 高压（LV/MV/HV）功率器件；
3. 供应链价值 ：垂直整合带来可靠供应链保障；
4. 差异化 ：通过专有技术实现产品差异化。

2.2 性能核心优势

1. 开关频率 ：支持 >1 MHz 开关频率；
2. 反向损耗 ：Qrr = 0，无反向恢复损耗；
3. 品质因数 ：相较硅器件，FoM（品质因数）改善10 倍 。

2.3 自保护型 e‑Mode GaN HEMT

ST 面向大功率场景提供自保护型增强型 GaN HEMT ，宽栅极输入电压范围：

特性	规格 / 能力
器件范围	15–77 mΩ 700V e‑Mode GaN；35 mΩ（最大值）1200V e‑Mode
集成栅极钳位	集成 Gate clamp
栅极输入电压范围	宽范围 10–24 V（借助 LDO）
驱动兼容	兼容标准 Si/SiC 栅极驱动器
米勒钳位	集成 Miller clamp
并联能力	支持多管并联（Paralleling）
DESAT 退饱和检测	短路检测，300 ns 响应
OTP	过温保护
UVLO	欠压锁定

典型应用：大功率开关电源、AC‑DC / DC‑DC / DC‑AC 变换器、太阳能微型逆变器、电机驱动、车载 OBC 充电机。

2.4 技术与设计边界

• 白皮书给出的 >1 MHz、Qrr=0、10x FoM，是针对 ST PowerGaN 技术平台的通用能力描述，具体某颗器件能否达到需以其数据手册为准；
• 自保护型 GaN HEMT 的短路检测（DESAT 300ns）、过温、欠压保护属于片内功能，具体可用范围以器件规格为准。

适用人群

功率器件应用工程师、GaN 电源拓扑设计工程师、伺服 / 电机驱动硬件开发、数据中心与 OBC 电源预研人员。

文章总结

ST PowerGaN 基于 GaN‑on‑Si 常关 p‑GaN 工艺，迈向 8 英寸垂直整合产线，提供 e‑Mode HEMT 与自保护型 GaN HEMT 两条产品能力。>1MHz 开关、零反向恢复、10x 更优 FoM，配合集成栅极钳位、宽栅压输入、DESAT/OTP/UVLO 保护，既解决高效率高密度转换，也提升系统可靠性，是大功率 AC‑DC/DC‑DC 转换的优选功率器件。