本文作者
作者
Bernhard Zojer, Francesco Di Domenico, Eric Persson
儘管氮化鎵（GaN）作為一種很有前景的功率半導體材料早已為人所熟知，但由於需要特殊且昂貴的基板材料，氮化鎵（GaN）的應用領域受到了限制。然而，近年來，全球在低成本矽基板上製造可靠的氮化鎵晶體管方面取得了重大進展，這為氮化鎵的更廣泛取應用帶來了可能。
氮化鎵屬於寬能隙（WBG）半導體材料，能產生更高的電場強度，因此開關的尺寸比矽小得多。這在高壓應用（600 V 及以上）中尤其重要，因為 GaN 和矽（Si）元件的終端電容通常相差近一個數量級。更重要的是，氮化鎵開關是異質結高電子遷移率電晶體（HEMT）。在這裡，導電通道是通過高導電性二維電子氣（2DEG）在氮化鎵/氮化鎵界面上形成的。因此，典型的氮化鎵電晶體是一種橫向元件，不包含物理 p-n 接面。這就是為什麼氮化鎵晶體管不僅可以用作功率電晶體，還可以用作二極管，反向傳導通道電流。由於矽超結 (SJ) MOSFET 本徵 p-n 體二極體的反向恢復電荷 Qrr 較高，而且其輸出電容具有極強的非線性，因此通常無法實現這種操作。在硬開關半橋中，這兩種效應都會導致巨大的開關電流、應力和損耗[1]。因此，用開關取代二極體是氮化鎵最重要的優勢之一，它允許使用新的電源拓撲結構，例如圖騰柱 PFC。此外，氮化鎵電晶體的橫向結構可實現開關與其他被動或主動元件（"氮化鎵積體電路"）的單晶片整合。這項特性可用於許多極具吸引力的新應用，如雙向開關、半橋整合或集整合極驅動。
[1] B. Zojer, Infineon Technologies AG: CoolMOS™ gate drive and switching dynamics; 2020;
