电子工程（EE）时代绿色工程峰会于9月13日至15日举行。本次峰会的目标是由各家公司就他们实现更可持续，低碳足迹的未来交换意见，从可再生能源的产生和储存，以更有效的方式制造基本组件和系统，使用电子设备在农业中提供实时控制，以及环境监测和建模。
在本文中，我们将重点介绍纳维塔斯半导体公司质量和可持续发展副总裁安东尼·希罗（AnthonySchiro）的演讲。该演讲的主题是“GaN功率IC引领可持续发展之路，实现碳中和状态”。《电力电子新闻》和EEWeb的主编毛里齐奥·迪·保罗·埃米利奥主持了会议。Navitas是一家基于氮化镓（GaN）的功率器件制造商，该功率器件基于横向增强模式硅基氮化镓（Si）技术，使用专有的AllGaN工艺设计套件（PDK），其中包括氮化镓FET和GaN驱动器，带有逻辑和保护电路。
Schiro首先强调了GaN在功率转换级与Si相比的优势，由于其宽带隙宽，寄生率低，载流子迁移率高20倍，开关速度快20倍，体积小3倍，功率密度提高3倍，可节省高达40%的能源。这可以使充电速度提高3倍，系统成本降低20%。
Navitas与EarthShiftGlobal合作，对65W充电器进行了详细的生命周期评估（LifeCycleAssessment(LCA)），该充电器可用于任何移动应用，例如为笔记本电脑供电。这种“从子宫到坟墓”的研究包括两个关键领域：
与传统硅解决方案相比，如何制造GaN芯片
对最终用途（即在这种情况下的充电器）有何影响
如图1所示。
图1
图1：充电器的LCA研究中所使用的边界条件
制造和分销（材料使用）
晶圆厂制造
从材料的角度来看，元素镓（Ga）可以从铝土矿的开采中获得，铝土矿是一种广泛使用的矿物。每年生产约，公斤Ga。据估计，生产的每个GaN装置仅使用≈毫克Ga，因此这种使用是高度可持续的。对直流规格可比较的硅高压MOSFET和GaNHEMT的分析表明，由于更宽的带隙改善了品质因数（FOM），更高的迁移率和更低的寄生效应，因此6英寸硅基氮化镓晶圆上可用的GaN晶片将产生8英寸硅晶圆上生产的MOSFET芯片的1.7倍。此外，与硅晶圆加工相比，GaN器件的工艺流程需要更少的熔炉步骤，因此晶圆厂的能耗更低。图2显示了在晶圆和芯片级别制造GaN和Si功率器件的能量和材料/化学用途的比较。与Si相比，芯片级别的能耗明显低于50%。
图2
图2：氮化镓和硅的晶圆厂能源/材料使用情况比较
另一个需要考虑的因素是Si是成熟的技术，而GaN仍在随着每一代新一代器件的显着改善其FOM。二氧化碳（CO2）总量）的封装比较如图3所示。
图3
图3：GaN和Si器件生产之间二氧化碳（CO2）的占位面积比较
充电器生产、分配和处置
GaN器件的优势直接转化为更少的组件和更小的尺寸/重量占位面积，适用于此处案例研究中使用的65W充电器。图4显示了地球转移全球对Si和NavitasGaN溶液之间的净材料生产使用量进行比较的LCA分析。
图4
图4：65W充电器的比较材料使用对LCA的碳排放的影响：从这项研究中可以看出，在转向基于GaN的解决方案时通过材料使用和产品的分布，净节省2.1千克CO2
充电器使用比较
考虑了许多充电器使用场景，包括商务旅行，家庭使用，个人使用等。图5显示了VAC和VAC输入电压的工作行程使用案例的比较。
图5
图5：二氧化碳（CO2）工作旅行场景中充电器使用情况的影响比较
V外壳的改善幅度约为30%，V输入的改善幅度约为15%。这意味着2.5公斤的一氧化碳2减少/充电器。
总影响
为了总结材料/生产和最终用途节省，大约4.6公斤的一氧化碳2每个充电器的减少量是根据3年的使用量估算的，如图6所示。
图6
图6：65WGaN与硅充电器的总LCA比较
使用现有的充电器，运输量约为公吨的一氧化碳2已减少。从全球总体排放的角度来看，这似乎是一个很小的数字，但如果所有移动充电都改用GaN，则可减少亿公斤的一氧化碳2将实现，如图7所示。
图7
图7：如果所有移动充电器都切换到GaN，则CO2总节省量
此外，Schiro还报告了Navitas在减少用电量，废物产生，旅行等温室气体方面的企业目标。到年，他们实现了5%的减排，他们预计到年将进一步减少3%。Navitas是一家无晶圆厂制造商，使用铸造厂实际制造其设备。由于其在减少碳影响方面的整体努力，纳维塔斯半导体是第一家获得碳中性认证的半导体公司。
在演讲的问答阶段，Schiro被问及碳化硅（SiC）在提高能源效率目标中的作用。纳维塔斯半导体最近收购了GeneSiC半导体，这是一家碳化硅功率器件和模块的制造商。Schiro回答说，GaN是≤V范围内的首选方法，SiC在≥V空间中具有优势。关于通过使用mmmGaN-on-Si而不是目前的6英寸晶圆来进一步改善材料成本影响的问题得到了回答，指出这确实在路线图上，其他GaN器件制造商已经在这条路上。