浙江大學(xué)近期首次報(bào)道了沒有電流折疊(即沒有動態(tài)導(dǎo)通電阻降低)的垂直GaN功率整流器(GaN-on-GaN)。這款功率整流器即使在從高反向應(yīng)力偏置切換到500V后也僅需200ns,性能也超過了目前最先進(jìn)的硅(GaN-on-Si)器件上的橫向氮化鎵。同時(shí),研究團(tuán)隊(duì)通過使用高速雙脈沖測試電路在各種開關(guān)條件下定量評估動態(tài)導(dǎo)通電阻,驗(yàn)證了垂直GaN功率整流器中實(shí)驗(yàn)無電流折疊性能。
目前,動態(tài)導(dǎo)通電阻降級被認(rèn)為是傳統(tǒng)的橫向GaN-on-Si器件的主要挑戰(zhàn),其根本原因包括:
(1)表面俘獲,其容易降低與III族氮化物表面的短距離處的二維電子氣(2DEG)導(dǎo)電性;
(2)含有深能陷阱的碳摻雜半絕緣緩沖堆棧,可產(chǎn)生負(fù)空間電荷并部分耗盡2DEG。
相比之下,由于具有垂直電流和高質(zhì)量同質(zhì)外延GaN漂移層以及良好控制的背景/補(bǔ)償摻雜,垂直GaN-on-GaN器件可以從根本上克服動態(tài)導(dǎo)通電阻降級的巨大挑戰(zhàn)。
圖1:時(shí)間分辨動態(tài)RON/staticRON(a)由ZJU開發(fā)的垂直GaN-on-GaN肖特基勢壘二極管;(b)橫向GaN-on-Si商用器件A;和(c)橫向GaN-on-Si商用器件B,其斷開狀態(tài)時(shí)間(tOFF_Stress)為100μs,斷態(tài)偏置(VOFF_Stress)從50V增加到500V。還示出了在從(d)不同VOFF_Stress切換到500V,(e)不同tOFF_Stress切換至100s,以及(f)不同溫度切換至150°C后在200ns處提取的三種GaN器件的動態(tài)RON/staticRON。
在不同轉(zhuǎn)換條件下使用雙脈沖測試儀和鉗位電路定量評估動態(tài)導(dǎo)通電阻,包括:
(1)OFF狀態(tài)應(yīng)力偏置高達(dá)500V;
(2)OFF狀態(tài)應(yīng)力時(shí)間在10-6~102s之間;
(3)高溫高達(dá)150℃;
(4)不同負(fù)載電流水平。
在所有測試條件下,垂直GaN-on-GaN整流器在從OFF狀態(tài)切換后僅在~200ns內(nèi)沒有動態(tài)導(dǎo)通電阻降級。研究人員認(rèn)為,垂直GaN-on-GaN整流器整體性能優(yōu)于最先進(jìn)的商業(yè)橫向GaN-on-Si器件并且在高頻應(yīng)用方面具有巨大潛力。
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原文標(biāo)題:【成員風(fēng)采】浙江大學(xué)首次報(bào)道了無電流折疊的垂直GaN功率整流器
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