隨著全球新能源汽車市場的廣泛鋪開，功率如今也成為各大整車OEM及用戶所關注的熱點之一，如何有效地管理和使用電源功率已成為當下新能源類產品在全球汽車市場實現規模化普及的關鍵挑戰。作為第三代功率半導體領域的重要成員，GaN憑藉其高速開關能力、精簡的週邊電路以及更低功率損耗等多項優勢，在12V甚至未來48V的汽車電池DC-DC轉換器以及OBC等應用上將大有用武之地。而目前，一些主要的生產商如Transphorm已經獲得了汽車的相關資質，同時也有越來越多的國際半導體大廠如英飛淩、TI等也都開始跟進，GaN功率半導體在車載市場正快速起步。
對於汽車DC-DC轉換器這類應用來說，GaN器件的可靠性關係到整個轉換器設備最終的轉換效率、穩定性、安全性、功耗和散熱等一系列參數。體現在GaN HEMT器件的結構和架構上要求也會十分嚴苛，需要從結構和架構層去進一步挖掘器件的可靠性設計潛力和價值，目前比較主流的還是在結構方面提升2DEG的面密度、架構上進行“常開向常閉”設計的轉換。
業內某資深IC設計工程師表示，“從GaN HEMT的結構上來看，其主要包括襯底、緩衝層、溝道層、隔離層以及施主層幾部分。其中，器件核心部分為溝道、隔離和施主三層，由它們最終形成AIGaN/GaN異質結構，決定器件電荷流動和開關速度等各類參數。當器件通電時，電子從n型AIGaN層擴散到非摻雜的GaN層，形成2DEG(即二維電子氣)，GaN HEMT就是通過柵極下的肖特基勢壘來控制AIGaN/GaN異質結構中的電子氣濃度，從而實現對電流的控制的。”
通過改變GaN HEMT的柵極電壓，可以相應的改變在AIGaN/GaN異質結構介面處所形成的三角形勢阱的深度和寬度，進而達到改變2DEG的濃度，控制HEMT電流的目的，該資深IC設計工程師強調：“HEMT的工作區為非摻雜的GaN層，在低溫下由於晶格的振動會相應的減弱，n型AIGaN層中的電離雜質中心對緊鄰的2DEG散射顯得很重要。所以，一般業內為了完全將雜質中心與2DEG隔離開來，往往會在n型AIGaN層和GaN層中間加一層非摻雜的AIGaN隔離層，通過該隔離層的作用來提高2DEG的遷移率，尤其是低溫遷移率。而目前，高2DEG的面密度設計仍然是業內GaN HEMT結構可靠性設計方面的關鍵挑戰，因為如果隔離層設計的厚度過大，就會使得2DEG的面密度直線下降，導致源極和漏極的串聯電阻增加，從而直接影響GaN HEMT的可靠性。在這方面，業內比較多的是通過改變AIGaN/GaN異質結處的導帶差以及提升器件的自發極化和壓電極化效應的影響等多重手段來提升AIGaN/GaN介面的2DEG密度，從根本結構上來充分挖掘和提升GaN器件的可靠性，但具體能夠改變多少還決定于各廠商採用的自主方案，見仁見智。”
除結構設計以外，由於傳統的耗盡型GaN晶片在操作中一般都處於“常開”的狀態，因此必須先施加負偏壓計，否則系統將很容易發生短路，這就迫使常開型的GaN設計難以適應各不同場景的應用要求，尤其是對可靠性要求極高的汽車領域。因此，如今供應商也都從耗盡型器件轉移到增強型器件，因為這些器件通常是關斷狀態，直到電壓施加到柵極後才會打開，這對於OEM們來說也會更為理想。
對此，鄧巍博士表示：“GaN作為一個常開型器件，很難被客戶所應用和接受。因為大家無論是在矽，還是其他器件上已經熟悉了常關型的理念。所以，英飛淩非常瞭解這個狀況，並在技術細節和工藝上做了一些改動，比如我們在柵極加了‘P-’，做出了一個市場比較容易理解的常關型器件。”
具體來講，"首先，我們採用了P型氮化鎵電阻柵，柵極電壓超出正向電壓時進行空穴注入。氮化鎵我們採用的是一個常關的理念，作為第三代半導體器件，氮化鎵如果不在柵極做任何的電壓動作的話，它中間有一個二維電子氣的層，中間會有電子在中間流動。因此，我們也做了P型氮化鎵漏極接觸設計，來避免電流崩潰，實際上氮化鎵有一個業界比較棘手的問題叫做動態RDS(ON)，英飛淩解決這個問題的關鍵就在於引入了‘P-’，因為動態RDS(ON)有很多電子在開關的時候被漏級的電子陷在裡面不流通，這樣會造成影響。把‘P-’放在這裡之後，表面的電子就可以被中和掉，這樣能夠從技術的根本來解決問題，這也是為什麼英飛淩可以在工藝領域領先的原因。總體來講，英飛淩CoolGaN氮化鎵產品的等效電路的柵極是一個阻性的柵極，有一個二極體進行自鉗斷式阻性柵極，即阻性柵極內部將VGS鉗位到安全範圍。高柵極電流可實現快速導通;穩健的柵極驅動拓撲。這個等效電路提供這些優勢的同時，能夠保證非常高的可靠性。目前，這個結構只有英飛淩和松下可以用，這種獨一無二的常閉式概念解決方案是目前業內獲得最長使用壽命，達到器件高可靠性的理想之選。”鄧巍博士進一步補充到。