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作者：毛烁

在功率半导体的发展图谱中，2026年是一个关键的转折点。行业为碳化硅（SiC）在800V高压平台上的产能扩充而焦虑时，另一条技术路线正在悄然完成从“理论可行”到“量产落地”的一跃。

2026年1月，全球汽车巨头现代汽车集团（Hyundai Motor Group）正式完成对以色列氮化镓（GaN）企业VisIC Technologies的B轮战略投资。这背后，一个明确的技术信号是，在最为核心、工况最为复杂的电动汽车主驱逆变器（Traction Inverter）领域，GaN已经具备了“正面硬刚”的能力。

01 路线之争：D³GaN重塑GaN“边界”

为了厘清GaN的技术路线之争，需要深入到微观物理层面。长期以来，消费电子领域的主流是E-Mode（增强型），但在数百千瓦的车规级主驱应用中，E-Mode面临着物理层面的“基因缺陷”。

具体在于E-Mode（增强型）“原生”的妥协，GaN HEMT本质上是常开（Normally-on）器件，其异质结界面天然存在高浓度的二维电子气（2DEG）。为了符合电力电子应用“常关”（Normally-off）的安全规范，E-Mode技术（如p-GaN栅结构）必须通过物理手段“耗尽”栅极下方的2DEG。

这种处理方式在低功率应用中尚可，但在车规级大功率应用中，不仅是妥协，更是隐患：

具体来说，其一来自阈值电压（Vth）的结构性问题。为实现对2DEG的有效截断，E-Mode 器件通常需要将阈值电压（Vth）设计得较低，典型范围约为1.5 V～1.7 V。然而，在逆变器中普遍存在的高 dV/dt开关环境（动辄数十 V/ns）下，这种“低Vth”的设计极易受到米勒效应（Miller Effect）的影响，导致栅极电压出现过冲，进而引发灾难性的误导通（shoot-through）风险。

其二，栅极可靠性有限。E-Mode器件的栅极结构决定了其耐压余量本身就十分有限，栅极的绝对最大额定电压通常仅为6V～7V。这使得工程设计中必须引入复杂的栅极保护方案，同时对死区时间（Dead Time）的控制提出了极高要求，系统级实现难度显著增加。

其三，成本增高，良率降低。p-GaN层的引入不可避免地会对沟道电子产生散射效应，在“低Vth”的设计中进一步推高了沟道电阻。为了满足主驱应用中动辄400 A以上的通流能力需求，E-Mode器件往往只能通过大幅增加芯片面积来补偿，这不仅显著抬高了器件成本，也对制造良率造成了不利影响。

VisIC CEO DR.Tamara Baksht指出，在高压、大功率应用场景下，D-Mode（耗尽型，Normally-on）能够充分释放GaN材料的潜力。

事实上，VisIC所的D³GaN（VisIC 的 Direct Drive D-Mode GaN 系统级实现方案）并没有回避D-Mode器件“常开”，而是在系统层面通过创新的电路拓扑实现对安全性的有效控制。在此过程中，D-Mode GaN材料原生的高电子迁移率优势得以完整保留，从而在实现高电流密度的同时，做到了较低的导通电阻，兼顾了性能与可靠性。

值得强调的是，D³GaN并非传统的共源共栅（Cascode）结构。事实上，传统Cascode通过控制低压Si MOSFET的栅极来间接驱动GaN，存在高频振荡和反向恢复问题。而VisIC的直驱方案虽然也是“低压Si MOS + 高压GaN”的串联封装，但其驱动逻辑截然不同：

具体来说，在驱动路径方面，驱动信号直接作用于GaN HEMT的栅极；而常关机制层面，串联的Si MOSFET仅作为“使能开关”（Enable Switch）。在系统上电前或故障时，Si MOS关断，确保器件处于常关状态。而在正常工作时，Si MOS保持常通，GaN由其自身的栅极进行高速开关控制。由此也带来的物理上的变化：

1.阈值电压显著抬升
通过Direct Drive D-Mode 架构，器件的阈值电压（Vth）被提升至5 V以上。这一水平在驱动安全性与噪声容限上已与IGBT和SiC 器件看齐，在高dV/dt、高功率密度应用中显著提升了系统的抗干扰能力。

2.栅极鲁棒性大幅增强
器件允许的栅极驱动电压范围扩展至–7V至+20V。这一宽裕的安全窗口，使工程师可以直接采用标准栅极驱动IC，无需额外引入复杂的限压或保护网络，从根本上降低了栅极过压与可靠性风险。

3.电流密度实现数量级提升
在相同晶圆面积条件下，D-Mode器件的通流能力可达到 E-Mode的2～3 倍。以VisIC 展示的 “Blueberry Gen 3” 系列为例，单管在 Tc = 25°C 条件下的额定电流能力可轻松突破 400A，这一指标已明显超出当前主流 E-Mode 器件在可接受芯片面积与良率约束下的实现范围。

02 直面逆变器“上车大考”

从应用侧看，任何功率器件要想“上车”，必须通过主驱逆变器极端工况的考验。而从此次VisIC披露的数据看，来自全球顶尖动力总成测试机构AVL Regensburg以及电力电子学术高地弗吉尼亚理工大学（CPES），数据的含金量极高。

在400V总线电压、10kHz开关频率的典型工况下，基于VisIC Gen 1芯片的逆变器在AVL台架上跑出了99.67%的峰值效率。作为对比，目前主流SiC逆变器的效率天花板通常在99.0%左右。

比峰值效率更有意义的是轻载效率。在电动汽车的WLTP（全球统一轻型车辆测试程序）循环中，车辆绝大部分时间运行在轻载、部分负荷工况。

事实上，SiC MOSFET在轻载下，由于体二极管特性及相对固定的开关损耗，效率曲线下降较快，D-Mode GaN没有体二极管反向恢复电荷，且开关速度快，在相同电压等级与开关频率条件下，开关损耗通常更具优势。

从影响上看。对于整车厂商而言，逆变器效率提升1%，意味着在WLTP循环下续航里程可提升最高10%～15%。但反过来看，在保持续航不变的情况下，可以削减5%～10%的电池容量。考虑到动力电池占据整车成本的30%～40%，这笔账极其划算。

另一面，VisIC还攻克了“感性负载”的动态可靠性难题。由于电机是典型的强感性负载，在逆变器换相过程中，电流电压存在剧烈的相位差，器件必须承受硬开关带来的高压应力。此前，部分E-Mode GaN器件被发现在这种工况下会出现动态的RDS(on)退化甚至栅极击穿，这是由于p-GaN栅结构中的空穴注入效应导致的。

于是，VisIC联合CPES开发了专用的LC谐振测试电路，模拟逆变器的连续硬开关工况。

在施加高达1800V（远超额定电压650V/750V）重复峰值电压的测试条件下，在数百万次循环冲击后，D³GaN器件的阈值电压漂移和导通电阻变化几乎可以忽略不计。这证明了MIS-HEMT（金属-绝缘层-半导体）结构的凹槽栅介质在高压应力下的稳定性远优于p-GaN结构。

从开发角度看，“短路必炸”曾是工程师对GaN的刻板印象。在主驱应用中，当发生紧急故障时，电机控制器往往需要进入主动短路（Active Short Circuit, ASC）模式，利用器件将电机三相绕组短接以产生制动力矩并保护母线。此时，晶体管需承受数倍于额定电流的浪涌冲击。

原因在于，SiC和IGBT芯片较厚且面积相对较大，拥有足够的热容（Thermal Capacity）来吸收短路瞬间（约2-5微秒）产生的巨大热量。而GaN芯片通常很薄且面积极小，热容极低，极易在微秒级时间内因热失控而烧毁。

然而，VisIC却利用了硅基氮化镓（GaN-on-Si）的成本优势，采用了“以面积换热容”的策略。

在相同电流等级（400 A）条件下，VisIC 的 D³GaN 器件芯片面积约为 65 mm²，而同等级的竞品SiC芯片面积通常仅约17 mm²。D-Mode GaN 器件采用硅衬底工艺，使得衬底材料在热管理中发挥关键作用。更大的芯片面积意味着更大的硅衬底体积，可在短时间尺度内作为“热缓冲”或“热海绵”吸收瞬态能量，从而显著改善器件的瞬态热阻抗。在系统级验证中，D³GaN 器件配合 NXP定制的栅极驱动器，并利用其快速去饱和（Desat）检测与保护机制，展示出了与SiC 器件处于同一水平的短路耐受能力。结果表明，该方案在短路保护与失效可控性方面已能够满足车规级 ASC（Active Short Circuit）应用的要求。

03 成本为王：D³GaN的商业化底牌

在汽车行业，技术先进性往往也要让位于成本效益。DR.Tamara Baksht披露，其D³GAN每安培成本为0.0065/A美元。

如果拆解其成本模型可以看出，VisIC的D³GaN在400A下，成本约2.6美元。主流SiC MOSFET同等级芯片成本约2.96美元。虽然单片绝对成本看似接近，但SiC通常需要多芯片并联才能达到同等性能，实际系统级成本差距巨大。

这背后的底层逻辑差异，在于在以碳化硅（SiC）为核心的技术路径中，材料本身就构成了显著的产业门槛。SiC单晶的生长速度缓慢，通常仅达到毫米/小时级别，加之材料硬度高、切割和加工损耗大，使得6 英寸和8英寸衬底的制造成本长期居高不下。同时，SiC 衬底产能高度集中，受到头部厂商的产能制约，供应链弹性有限，这在一定程度上限制了下游应用的大规模扩展。

相比之下，GaN-on-Si选择了更贴近传统半导体工业体系的路径。该方案直接采用标准的8英寸硅晶圆衬底，而硅本身是半导体行业中成本最低、工艺最成熟、供应链最完善的基础材料。对于器件制造而言，只需在硅衬底上外延生长数微米厚的GaN层，便可满足性能需求，从源头上显著降低了材料成本与供应风险。

这种选择的差异，进一步体现在制造环节的开支结构上。SiC工艺对设备要求苛刻，需要专用的高温离子注入设备和高温退火工艺，且难以与现有CMOS硅产线兼容。由此带来的结果是，一座SiC晶圆厂往往需要数十亿美元级别的资本投入，扩产周期长、灵活性低。

而GaN-on-Si 的优势在于对现有产线的高度复用能力。其制造流程可以直接运行在成熟的CMOS硅产线上，例如台积电、xFAB等主流代工厂均可承载相关工艺。这意味着企业无需进行重资产投入，便可依托代工厂的现有产能实现量产，甚至在需求释放时快速放大规模。对比之下，GaN-on-Si在成本结构、扩产速度以及供应链弹性方面，展现出更符合大规模商业化的产业逻辑。

除了器件本身，GaN的高效与封装特性带来了系统级的降本空间。

由于VisIC的D³GaN芯片面积较大，热流密度（Heat Flux）更低。这使得模块封装可以使用标准的DBC（直接键合铜）基板，而无需昂贵的AMB（活性金属钎焊）陶瓷基板，也无需复杂的银烧结工艺。

04 数据中心：D³GaN的“第二增长曲线”

VisIC对AI数据中心的战略布局同样值得关注。

随着NVIDIA Blackwell/Rubin等新一代GPU架构的推出，单机柜功率密度正从30kW飙升至100kW甚至120kW。传统的12V/48V母线架构已不堪重负（电流太大，铜排损耗惊人），数据中心供电架构正加速向400V/800V高压直流（HVDC）演进。

事实上，在下一代Sidecar（侧挂式电源柜）架构中，核心诉求在功率密度这一指标上，虽然SiC也能承受800V电压，但在追求极致体积的服务器电源（PSU）中，D³Gan拥有的优势在于——频率。

D³Gan支持100kHz甚至“MHz”级（理想情况）的硬开关频率。根据磁性元件设计公式，频率越高，变压器和电感的体积越小。这使得GaN电源模块可以做到课本大小，却能输出数十千瓦的功率。

结构上VisIC的GaN-on-Si的大芯片设计，更有利于垂直散热。相比SiC需要复杂的绝缘堆叠，GaN器件可以更紧凑地贴合散热器，适应服务器机架“寸土寸金”的空间限制。

目前，VisIC公开的的Gen 4路线图明确指向1200V/1350V耐压，这正是为了直接从数据中心的高压直流母线取电，省去中间的降压环节。

05让Tier 1“敢用”的生态基础

除了近期完成的B轮融资之外，VisIC在生态系统层面的成熟度同样值得关注。在产业合作方面，VisIC与汽车电子巨头NXP建立了深度协同关系。NXP专门为VisIC的D³GaN芯片开发了GD317x系列栅极驱动器。这是一款面向车规应用的高压隔离驱动器，针对D³GaN 器件的电气特性，集成了去饱和保护（Desat）、有源米勒钳位（AMC）等关键功能，显著提升了系统级的安全性与可靠性。

这种“器件+驱动”的协同设计，对Tier 1供应商具有重要意义。D³GaN不再只是需要客户自行搭建分立驱动电路的裸片产品，而是被封装进一套接近IGBT模块使用方式的标准化方案中，能够实现“即插即用”。

与此同时，VisIC正在加速推进中国市场布局。鉴于中国占据全球60% 以上的电动车市场份额，VisIC采取了系统的本地化策略。

在供应链层面，VisIC计划引入中国本土的晶圆代工厂（Foundry）和封装测试厂（OSAT），以实现供应链本土化。一方面，有助于进一步压低制造成本，提升价格竞争力；另一方面，也能增强供应链的稳定性与可控性。

在研发层面，VisIC计划在中国设立研发中心，将研发前置到市场一线，直接对接国内主流车企的定制化需求。这种贴近客户的研发模式，有助于缩短产品迭代周期，并提高方案与整车平台的适配度。

从时间规划来看，VisIC的推进节奏较为明确，其计划在2026 年第一季度完成乘用车道路演示，并在同年第四季度具备量产条件。整体来看，无论是在生态合作、供应链布局，还是在本地化执行层面，VisIC都已展现出向规模化商业落地迈进的清晰路径。

06 写在最后：SiC与GaN划分“楚河汉界”

从行业观察，我们不应简单地认为GaN会取代 SiC，而是宽禁带半导体呈现的分层共存格局。

SiC在1200V 以上的超高压应用场景，如重卡、高铁及电网基础设施领域，SiC 依然将凭借其材料耐压优势长期占据主导地位。

GaN则在400V/800V乘用车主驱、OBC（车载充电机），以及对功率密度要求极致的AI数据中心电源领域。而D-Mode GaN或将凭借更优的“效率/成本比”，持续从 SiC 的应用版图中切走可观的份额。

当技术路线的“楚河汉界”逐渐清晰，可以预期，2026 年，当第一辆搭载D-Mode GaN 主驱逆变器的量产车驶上路时，功率半导体产业将迎来下一次实质性的迭代。而 VisIC 与现代汽车这次联手，或许正成为暗示着这一变化的重要信号。