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氮化镓(GaN)电力电子器件

图6 关于不同半导体材料的各种优良指数比较表明氮化镓(GaN)与碳化硅(SiC)一样,与硅材料相比具有许多优良的特性,但是由于它最初必须用蓝宝石或碳化硅(SiC)晶片作衬底材料制备,限制了它的快速发展。后来,它在LED照明应用市场的有力推动下,氮化镓(GaN)异质结外延工艺技术的发展产生了质的飞跃,2012年GaN-on-Si外延片问世,为GaN材料及器件大幅度降低成本开辟了广阔的道路,随之GaN电力电子器件也得到业界的热捧。文章来源:http://www.igbt8.com/jc/277.html
不同半导体材料的各种优良指数比较
图6 不同半导体材料的各种优良指数比较
图12是GaN半导体材料和器件发展过程示意图。图13是GaN-on-Si 电力电子器件市场的预测示意图。
GaN半导体材料和器件发展过程示意图
图12 GaN半导体材料和器件发展过程示意图
GaN-on-Si 电力电子器件市场预测
图13 GaN-on-Si 电力电子器件市场预测
由于GaN器件只能在异质结材料上制造,所以它只能制作横向结构的电力电子器件,耐压很难超过1000V, 因此在低压应用要求较苛刻的场合可能会与硅基电力电子器件形成竞争态势,图14是从事GaN器件研发人士的角度出发对未来GaN电力电子器件发展的预测[20]。
从事GaN器件研发人士的角度出发对未来GaN电力电子器件发展的预测
图14从事GaN器件研发人士的角度出发对未来GaN电力电子器件发展的预测
从目前发展情况来看,最有前途的GaN电力电子器件是增强型氮化镓功率MOSFET[enhancement - mode GaN(eGaN)MOSFET] [19]。它的结构示意图如图15所示,可见与横向Si MOSFET结构完全相同, 但由于GaN更加优异的电气特性,可望在中高端应用中,逐步代替Si Cool-MOSFET.
GaN-on-Si 增强性氮化镓功率MOSFET(eGaN)结构示意图
图15 GaN-on-Si 增强性氮化镓功率MOSFET(eGaN)结构示意图
用eGaN MOSFET 及用Cool MOS 制成的DC/DC 变流器电源电压-效率-工作频率比较如图16 所示,在48V 供电电压下,在所有工作频率下用eGaN MOSFET DC/DC 变流器效率可以提升6%-8%。
eGaN MOSFET Cool MOSFET 制成的DC/DC 变流器电源电压-效率-工作频率比较
图16 eGaN MOSFET Cool MOSFET 制成的DC/DC 变流器电源电压-效率-工作频率比较

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