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。