關于 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 Company Profile

■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 > 關于 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 > 新聞中心

企業(yè)簡介企業(yè)文化技術(shù)研發(fā) 質(zhì)量保證產(chǎn)品優(yōu)勢新聞中心合作伙伴

分類

■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台科技微波小課堂_氮化鎵 (GaN)器件基礎技術(shù)問題分享

12-06

作為一種新型功率器件，GaN器件在電源的高密小型化方面極具優(yōu)勢。

器件

01 GaN器件的基本結(jié)構(gòu)是什么樣子？和傳統(tǒng)MOS器件在結(jié)構(gòu)上有什么區(qū)別？

GaN器件是以AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)為基礎的橫向半導體器件，其外延層依照耐壓等級有不同結(jié)構(gòu)設計。以650V GaN器件為例，其外延由3~5um的(Al)GaN材料組成, 從襯底向上依次為成核層、應力釋放層、C-GaN層、UID-GaN溝道層、AlGaN勢壘層、p-GaN帽層等，高遷移率的二維電子氣（2DEG）溝道在AlGaN/GaN界面處產(chǎn)生。AlGaN勢壘層以上是介質(zhì)層以及場板。

傳統(tǒng)功率MOSFET為縱向半導體器件，為單一的硅材料器件，其導通電阻和耐壓由縱向的漂移區(qū)決定，體二極管的存在使得器件具有雪崩擊穿能力，但也引入了較大的寄生電容Coss和較大的反向恢復電荷Qrr。按照電壓等級不同，功率MOS在不同電壓等級有對應的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，如SGT，Superjunction等。

02 GaN器件相較于傳統(tǒng)Si MOS，有哪些器件特性上的優(yōu)勢？

由于GaN寬禁帶的材料特點，與Si功率器件相比，GaN高電子遷移率晶體管（GaN HEMT）有更高的耐壓，更高的電子遷移率，這使得其在高功率和高頻應用中具有更好的品質(zhì)因數(shù)和更廣闊的應用前景。GaN器件的橫向器件結(jié)構(gòu)使其具有極低的寄生電容，并且GaN器件無體二極管反向恢復電荷（Qrr=0），非常適用于高頻小型化功率系統(tǒng)。

基于GaN器件優(yōu)異的性能，相較于傳統(tǒng)Si功率器件，GaN器件能夠提升系統(tǒng)開關頻率，在降低系統(tǒng)體積的同時提升系統(tǒng)功率密度并且降低系統(tǒng)功耗。

03 GaN器件的外延一般長在什么襯底上？

外延生長根據(jù)襯底類型的不同可分為同質(zhì)外延和異質(zhì)外延兩大類。

同質(zhì)外延是在GaN單晶襯底上外延生長GaN器件，由于GaN襯底生長難度及速度的限制，晶圓尺寸小且價格昂貴，還未有成熟產(chǎn)品面世。

異質(zhì)外延顧名思義，即采用非GaN材料作為襯底，常用的有p型硅（p-type Silicon）、藍寶石（Al2O3）、碳化硅（SiC）等。其中p型硅是現(xiàn)在制造GaN 功率器件最主流的襯底。對比其他襯底類型，其晶圓尺寸最大，單片晶圓價格最低，且能與Si-CMOS線兼容，是當前開展?jié)摿ψ畲?、成本最優(yōu)的商用化方案。

除了上述常用的襯底，業(yè)內(nèi)還在持續(xù)探索如QST、SOI等新的襯底解決方案。

04 現(xiàn)在有哪幾種增強型GaN器件的實現(xiàn)方法？

現(xiàn)在商用的增強型實現(xiàn)方法主要有兩種：p-GaN帽層結(jié)構(gòu)和Cascode級聯(lián)方案。

p-GaN帽層結(jié)構(gòu)：在柵極金屬下方順利獲得外延生長引入Mg摻雜的p-GaN帽層，耗盡柵下溝道，實現(xiàn)器件的零壓關斷。

Cascode級聯(lián)方案：利用增強型的低壓Si MOS形成常關型，耗盡型的高壓GaN用于耐壓，屬于多die合封方案，器件的動靜態(tài)以及高低溫匹配具有難度。該技術(shù)適用于高電壓、小導通電阻區(qū)間，不適合中低壓器件解決方案。

05 GaN器件的柵極到源極的最大耐壓是多少？

云鎵增強型E-mode GaN器件的柵極結(jié)構(gòu)為肖特基柵極結(jié)構(gòu)，其正向耐壓主要由肖特基結(jié)決定，現(xiàn)在云鎵GaN器件柵極正向耐壓可以確保大于12V。

06 GaN器件的ESD防護如何實現(xiàn)？

GaN器件因為結(jié)電容小、耐壓低，ESD防護能力較弱?，F(xiàn)在云鎵GaN產(chǎn)品芯片內(nèi)部集成了ESD泄放電路，能夠有效提升GaN器件HBM/CDM等級。云鎵ESD電路具有自主IP，擁有正向和反向ESD泄放能力，同時滿足負壓關斷的應用需求。此外也可以根據(jù)客戶對防護等級的要求進行定制化設計。

07 GaN器件有反向恢復電荷Qrr嗎？

GaN器件為單極器件，沒有反向恢復電荷Qrr。

08 GaN器件有體二極管嗎？

GaN器件是順利獲得材料極化產(chǎn)生的溝道。無需形成PN結(jié)，沒有體二極管。其反向?qū)?（第三象限導通）的基本原理是VG – VD > Vth：

1）在零壓關斷場景下（VG = 0），當VSD = Vth時，器件開始導通續(xù)流；

2）在負壓關斷場景下（VG < 0），當VSD = Vth + |VG| 時，器件開始導通續(xù)流。

如下圖所示：

不同于Si器件，GaN器件在反向?qū)ы樌@得程中沒有體二極管參與，所以不存在反向恢復電荷效應，因此在高壓的橋式電路以及中低壓的同步整流電路中效率很高。

09 GaN器件有雪崩擊穿能力嗎？

GaN器件無體二極管，因此GaN器件沒有雪崩擊穿能力。云鎵的GaN器件現(xiàn)在漏極擊穿電壓大于1000V，可以確保系統(tǒng)的安全性。

10 GaN器件的導通電阻構(gòu)成有哪幾部分？

溫度對GaN的導通電阻影響是怎么樣的？

GaN器件導通電阻主要由兩部分組成，第一部分是GaN器件的前段電阻RDSON(FE)，這部分電阻是由GaN器件的材料屬性決定，也是GaN器件導通電阻的主要來源。如下圖所示，該前段電阻主要由R2DEG (漂移區(qū)電阻)，R2DEG(Gate)（柵極下方溝道電阻），RC（源漏接觸電阻）構(gòu)成：

R2DEG = L2DEG / WG x Rsh，R2DEG(Gate) = L2DEG(Gate) / WG x Rsh(Gate)

RDSON(FE)=2xRC+R2DEG+R2DEG(Gate)

第二個部分是GaN器件的后段電阻RDSON(BE)，這部分電阻是由互聯(lián)金屬層電阻及層間通孔電阻和封裝電阻組成，與GaN器件的互聯(lián)以及封裝設計有關，與GaN器件材料關系不大。

溫度對RDSON的影響主要表現(xiàn)在對RDSON(FE)和RDSON(BE)的影響，RDSON(FE)包括2DEG和RC的溫度系數(shù)，RDSON(BE)主要包括Metal（Cu，Al等）的溫度系數(shù)。溫度對GaN器件的影響取決于以上各部分的貢獻，取決于器件的設計。

11 如何理解GaN器件的柵極電荷QG？

類似于Si基器件，GaN器件的電容主要由CGS、CGD和CDS三部分極間電容組成?；诖?， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台可以得到輸入電容Ciss = CGS + CGD，輸出電容Coss = CDS + CGD，反向傳輸電容Crss = CGD。柵極電荷QG即Ciss充電電荷， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台可以從GaN器件的開關過程來提取柵極電荷QG。云鎵650V系列產(chǎn)品柵極電荷QG vs VGS曲線如下：