一、课题来源 ：该成果源自广东省省级科技计划项目，其项目名称为基于驱动集成型氮化镓器件的超小型高效电源适配器的开发，项目编号为2017B010113002。

    二、课题背景： 节能减排，缓解资源环境约束一直是当今社会可持续发展的主题。而电能作为一种优良的二次能源，已经成为人们生活中不可或缺的一部分。随着消费类电子产品的迅速发展与普及，提高现有电能转换器的效率已经成为一种越来越迫切的需求。与此同时，智能电子设备的不断升级换代也对传统的电源适配器提出更多的挑战。更高的转化效率，更加轻便的外形以及更高的输出功率已经成为新一代电源适配器的标准。近年来，由于硅基半导体功率器件已经趋近其发展的瓶颈，传统开关电源适配器将逐渐不能满足新型智能电子产品的要求。因此，研究基于新型的半导体材料的新一代电源适配器，对于提高电能转换效率和功率密度，实现轻携便利、降低能耗，建设绿色城市等方面有着重要意义。 以宽禁带半导体氮化镓为材料制备的功率开关器件，具有低导通电阻、高工作频率和耐高温的优良特性。其中更高的工作频率可以有效减小储能元件如电容、电感的大小，而更好的温度特性也使其在高功率适配器中有着优秀的表现。因此氮化镓功率器件拥有代替硅基器件成为新一代高效，小型电源适配器的主要元件。同时，氮化镓器件可以在大尺寸低成本的硅衬底上制备，晶圆尺寸已经可以达到8英寸，并且氮化镓器件的制造工艺和现有的CMOS生产线兼容。由于可以利用大量现有的CMOS批量生产能力以及大尺寸低成本的硅衬底，氮化镓功率器件还有很大的降低成本的空间。 根据不同场合下输出功率的需求，电源适配器在不同领域中有着不同的市场份额。基于氮化镓器件的电源适配器凭借着其独特的器件优势，将在光伏逆变、工业电机驱动、电动车和不间断电源等领域有着巨大的市场价值。同时鉴于氮化镓器件的平面结构带来的易集成的特点，基于新一代半导体制造工艺，若将氮化镓功率器件与栅极驱动集成在同一个芯片内，制备驱动集成型氮化镓功率器件，可以大幅减小驱动回路中的电寄生参数，进而提升氮化镓器件的开关频率至1 MHz以上，并提高系统的稳定性，更适用于对体积效率要求更高的新兴电源适配器市场。 因此研究基于氮化镓功率器件的电源适配器不仅对节能减排，提高能源利用率有着重要的意义，在市场需求上也拥有着广阔的前景。

    三、技术原理，性能指标以及创新点： 本项目针对国内广阔的消费类电子产品市场，以第三代半导体氮化镓功率器件的开发及应用为技术核心，开展针对新一代驱动集成型氮化镓器件及其在超小型高效电源适配器应用中的技术研发。 在项目的实施过程当中，形成了一项新技术，即以硅基氮化镓为集成平台，实现栅极驱动器与氮化镓功率器件在硅基氮化镓平台上的同片集成。并产生了新产品：栅极驱动集成型氮化镓功率器件。 在传统的以硅基芯片作为氮化镓功率器件的栅极驱动器的混合型驱动方案中，栅极驱动回路中寄生的杂散电感会降低氮化镓开关器件的可靠性和系统稳定性。为了实现高可靠性和高开关速度的氮化镓开关器件，有必要将栅极驱动器与氮化镓功率器件实现单片集成，以消除驱动回路中的寄生电参数。本项目形成的栅极驱动集成型氮化镓功率器件，其主要技术内容、规格参数、设计指标如下： 1、基于新一代流片工艺，在硅基氮化镓平台上，将氮化镓功率器件与栅极驱动集成在同一个芯片内，减小驱动回路中的电寄生参数，进而提升氮化镓器件的开关频率至1MHz以上。 2、将栅极驱动器与氮化镓功率器件在同一平台上集成，该工艺兼容氮化镓分立器件的制造工艺，无需额外的制造成本。 3、新型的栅极驱动集成电路采用了“电荷泵”的设计方案，解决了传统的全氮化镓栅极驱动器存在的驱动能力低、输出无“轨到轨”的问题。 4、形成的栅极驱动集成型氮化镓功率器件总芯片面积为5平方毫米，设计电压/电流等级为650V/13A，最小传播延迟为5纳秒，最高开关速度可以达到300V/ns以上，开关频率理论上可达到10MHz以上，栅极驱动器的输出电平可以实现“轨到轨”的输出能力。

    四、技术成熟度以及应用中的问题： 目前，生产集成型氮化镓功率器依旧属于世界领先的半导体工艺技术，国际上只有个别公司能够提供全集成的商用氮化镓器件。但是，该类商用器件已经广泛的运用于手机，笔记本适配器中，技术已经趋于成熟。 其中的问题在于，类似的集成型器件过于稀少，无法做出有效的比较并为低压器件确定相应的功耗标准以及可靠性指标。

    五、获奖情况： 该成果在2018年的国际功率器件及功率集成大会上(ISPSD 2018)由本研究成员进行了演讲及展示，并获得了广泛的关注。项目共申请国内专利4项，国际专利一项。其中国内已获得2项专利的授权，国际专利可以办理进入国家阶段。相关论文共发表9篇。