GaN晶体管优势大对比

时间:2016-04-28 15:34:28 来源:与非网 有0人参与

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氮化镓(GaN)是一种新兴的半导体工艺技术,提供超越硅的多种优势,被称为第三代半导体材料,用于电源系统的设计如功率因数校正(PFC)、软开关DC-DC、各种终端应用如电源适配器、光伏逆变器或太阳能逆变器、服务器及通信电源等,可实现硅器件难以达到的更高电源转换效率和更高的功率密度水平,为开关电源和其它在能效及功率密度至关重要的应用带来性能飞跃。

GaN的优势

表1:半导体材料关键特性一览

从表1可见,GaN具备出色的击穿能力、更高的电子密度及速度,和更高的工作温度。GaN提供高电子迁移率,这意味着开关过程的反向恢复时间可忽略不计,因而表现出低损耗并提供高开关频率,而低损耗加上宽带宽器件的高结温特性,可降低散热量,高开关频率可减少滤波器和无源器件如变压器、电容、电感等的使用,最终减小系统尺寸和重量,提升功率密度,有助于设计人员实现紧凑的高能效电源方案。同为宽带宽器件,GaN比SiC的成本更低,更易于商业化和具备广泛采用的潜力。

安森美半导体与Transphorm联合推出第一代Cascode GaN

GaN在电源应用已证明能提供优于硅基器件的重要性能优势。安森美半导体和功率转换专家Transphorm就此合作,共同开发及共同推广基于GaN的产品和电源系统方案,用于工业、计算机、通信、LED照明及网络领域的各种高压应用。去年,两家公司已联名推出600 V GaN 级联结构(Cascode)晶体管NTP8G202N和NTP8G206N,两款器件的导通电阻分别为290 mΩ和150 mΩ,门极电荷均为6.2 nC,输出电容分别为36 pF和56 pF,反向恢复电荷分别为0.029µC和0.054µC,采用优化的TO-220封装,易于根据客户现有的制板能力而集成。

基于同一导通电阻等级,第一代600 V硅基GaN(GaN-on-Si)器件已比高压硅MOSFET提供好4倍以上的门极电荷、更好的输出电荷、差不多的输出电容和好20倍以上的反向恢复电荷,并将有待继续改进,未来GaN的优势将会越来越明显。

表2:第一代600 V GaN-on-Si HEMT 与高压MOSFET比较

Cascode相当于由GaN HEMT和低压MOSFET组成:GaN HEMT可承受高电压,过电压能力达到750 V,并提供低导通电阻,而低压MOSFET提供低门极驱动和低反向恢复。HEMT是高电子迁移率晶体管的英文缩写,通过二维电子气在横向传导电流下进行传导。

图1:GaN内部架构及级联结构

使用600 V GaN Cascode的三大优势是:

1. 具有卓越的体二极管特性:级联建立在低压硅技术上,且反向恢复特别低;

2. 容易驱动:设计人员可使用像普通MOSFET一样的传统门极驱动器,采用电压驱动,且驱动由低压硅MOSFET的阈值电压和门极电荷决定;

3. 高可靠性:通过长期应用级测试,且符合JEDEC行业标准(通过标准为:0个击穿、最终的漏电流低于规格门限、导通阻抗低于规格门限)。