91精品国产无码高清_日韩欧美一区二区尤物_人妻在线一区好看到停不下来_91亚洲免费观看视频_一区二区不卡日本v_果冻传媒妈妈要儿子_吉泽明步绝顶高潮喷水3小时_青草国产在线观看_日韩不卡av在线播放探花_美女黄色视频软件

什么是氮化鎵（GAN）

氮化鎵，由鎵（原子序數(shù) 31）和氮（原子序數(shù) 7）結(jié)合而來的化合物。它是擁有穩(wěn)定六邊形晶體結(jié)構(gòu)的寬禁帶半導(dǎo)體材料。禁帶，是指電子從原子核軌道上脫離所需要的能量，氮化鎵的禁帶寬度為 3.4eV，是硅的 3 倍多，所以說氮化鎵擁有寬禁帶特性（WBG）。

GAN材料特性

與Si相比，GAN具有禁帶寬度大、高擊穿場強(qiáng)、高電子遷移率、高電子飽和漂移速度的特點

禁帶寬度：半導(dǎo)體的禁帶寬度與晶格原子之間的化學(xué)鍵強(qiáng)度有關(guān)，更強(qiáng)的化學(xué)鍵意味電子更難從一個位置跳躍到下一個位置，所以較大的禁帶寬度的半導(dǎo)體材料具有較低的本征泄漏電流和較高的工作溫度

臨界場強(qiáng)：更強(qiáng)的化學(xué)鍵導(dǎo)致更大的禁帶寬度，也導(dǎo)致引起雪崩擊穿時更高的臨界擊穿電場

電子遷移率： GaN的擊穿場強(qiáng)是Si的10倍，電子遷移率約為Si的1.5倍，可以有效減小導(dǎo)通電阻Rdson。換言之，對于相同的導(dǎo)通電阻Rdson，GaN的芯片面積更小，有利于減小器件的寄生參數(shù)。

電子飽和漂移速度：電子飽和漂移速度代表電子整體漂移速度隨電場增加能夠達(dá)到的上限，對器件的工作頻率有重要影響。GaN的電子飽和漂移速度是Si的2.5倍，可以顯著提升器件的工作頻率。

GAN晶體管的基本結(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上講，GAN器件以橫向結(jié)構(gòu)為主，從下到上分為襯底（substrate）、緩沖層（buffer）、GaN外延層（epitaxy）與AlGaN勢壘層（barrier）。AlGaN勢壘層與GaN外延層的界面處發(fā)生極化效應(yīng)，在GaN內(nèi)形成一層電子，稱為二維電子氣（2DEG）。2DEG作為天然的導(dǎo)電溝道， 使得GaN HEMT保持常開，屬于耗盡型（D-Mode）器件。

在電力電子變換器中使用D-Mode器件時，需要在G、S之間加負(fù)壓關(guān)斷器件，這會增加驅(qū)動電路的復(fù)雜性，也帶來器件直通的隱患。為應(yīng)對這個問題，業(yè)界通常有兩種解決方案，一是采用級聯(lián)（cascode）結(jié)構(gòu)，二是采用在門極增加P型氮化鎵從而形成增強(qiáng)型（常閉）晶體管，如下圖所示,級聯(lián)常關(guān)器件為增強(qiáng)型SI FET和耗盡型GAN串聯(lián)，門級驅(qū)動直接接到低壓MOS而不是GAN，目前主流的技術(shù)是使用P-GaN的工藝結(jié)構(gòu)增強(qiáng)型晶體管，在GaN 的柵極下方放置了PGaN層。PGaN使柵極下方的GaN外延層形成耗盡區(qū)，阻斷了2DEG。隨著Vgs的電壓逐漸加大，柵極下方的2DEG逐漸恢復(fù)，溝道能夠?qū)ǖ碾娏鱅ds也越大。當(dāng)Ids達(dá)到指定值時，對應(yīng)的Vgs稱為閾值電壓Vth。

GaN晶體管電氣特性

材料特性和器件結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致GaN與Si MOSFET在電氣特性方面有所區(qū)別，以下為GAN與SI對比數(shù)據(jù)

1）：耐壓特性

雷擊，啟機(jī)或負(fù)載切換等偶發(fā)事件可能引起器件的Vds過壓，實際測試中，GaN可承受比SI更高的電壓。

2）：開關(guān)速度

開關(guān)速度主要受Ciss（Ciss=Cgs+Cgd）影響。Ciss越大， Vgs的變化速度越慢，開關(guān)速度也越慢。類似規(guī)格的GaN與Si MOSFET對比，其Ciss小于Si MOSFET的1/10。減小結(jié)電容有利于提高開關(guān)速度，降低損耗以及高頻化工作。經(jīng)測試，GaN的導(dǎo)通速度明顯更快，有效縮短了Vds與Id的交疊時間，從而降低開關(guān)損耗。器件高頻化工作可以有效減小電路中電感、變壓器以及電容的尺寸，顯著提高功率密度。

3）：驅(qū)動特性

   GaN HEMT 的驅(qū)動電平與Si MOSFET存在差異。產(chǎn)品規(guī)格書規(guī)定了Vgs的電平范圍，保證柵極不被損壞。此外，Vgs決定器件溝道開通程度。由輸出特性曲線可見，Vgs越大，溝道開通越充分，器件的通流能力越強(qiáng)。

4）：反向特性

   Si MOSFET依靠體二極管實現(xiàn)反向?qū)?。二極管在正向?qū)ǖ椒聪蚪刂沟倪^程中，由于電荷儲存效應(yīng)，會流過反向電流，稱為二極管的反向恢復(fù)。這個過程會帶來額外的損耗和噪聲，妨礙電路的效率提升和EMI設(shè)計。GaN HEMT不存在體二極管，依靠自身溝道實現(xiàn)反向?qū)?，因此避免了反向恢?fù)帶來的問題。