繼上一篇屏蔽柵MOSFET技術(shù)簡(jiǎn)介后，我們這次介紹下GaN HEMT器件。GaN 半導(dǎo)體材料是一種由鎵元素與氮元素組成的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體，在消費(fèi)電子領(lǐng)域，特別是快速充電器產(chǎn)品的成功商用，昭示了其成熟的市場(chǎng)地位與廣闊應(yīng)用前景。

目前熱門的AI的崛起加速了數(shù)據(jù)中心向更高層次演進(jìn)的需求。相較于傳統(tǒng)硅基功率器件構(gòu)建的電源系統(tǒng)，GaN 基電力電子系統(tǒng)在功率密度與體積效率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，這種性能優(yōu)勢(shì)源于 GaN 材料固有的物理特性;寬禁帶特性賦予材料高臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)、優(yōu)異的載流子輸運(yùn)特性以及高熱導(dǎo)率特性，使得 GaN 基器件在降低開(kāi)關(guān)損耗與提升功率密度方面形成技術(shù)代差優(yōu)勢(shì)。下圖1是常見(jiàn)半導(dǎo)體參數(shù)以及圖2是GaN HEMT器件結(jié)構(gòu)以及SiC MOSET器件結(jié)構(gòu)。

圖1 常見(jiàn)半導(dǎo)體材料參數(shù)

圖2 GaN HEMT器件結(jié)構(gòu)以及SiC MOSET器件結(jié)構(gòu)

目前氮化鎵HEMT按照器件工作模式，可分為常開(kāi)(耗盡型)和常關(guān)(增強(qiáng)型)兩種方式，如下圖3所示。在橫向結(jié)構(gòu)中由AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)組成的GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(HFET)包括一層高遷移率電子：二維電子氣(2DEG)，2DEG在功率器件漏極和源極之間形成通道。常開(kāi)(耗盡型)：當(dāng)柵源電壓為零時(shí)，漏源極之間已存在2DEG通道，器件導(dǎo)通。當(dāng)柵源電壓小于零時(shí)，漏源極2DEG通道斷開(kāi)，器件截止。常關(guān)(增強(qiáng)型): 當(dāng)柵源電壓大于零時(shí)，漏源極之間2DEG通道形成，器件導(dǎo)通。常開(kāi)(耗盡型)器件在啟動(dòng)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)沖或失去功率控制，因此不適用于電源變換器等應(yīng)用中。常關(guān)(增強(qiáng)型)器件通過(guò)簡(jiǎn)單的柵極驅(qū)動(dòng)控制，在電力電子廣泛應(yīng)用。

圖3 GaN HEMT器件類型

GaN HEMT憑借其在高頻、高功率密度和快速開(kāi)關(guān)方面的優(yōu)勢(shì)，在5G基站、射頻放大器和快速開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換器等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。其中，e-GaN 適用于低壓范圍，而串一個(gè)硅MOS的d-GaN（Cascode d-GaN）則在較高電壓下工作。隨著科技的不斷進(jìn)步，GaN HEMT的應(yīng)用前景將更加廣闊。盡管它目前還存在一些局限性，但隨著技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，這些問(wèn)題有望逐步得到解決。

未來(lái)，GaN HEMT可能會(huì)在更多領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用，推動(dòng)電子技術(shù)向更高水平邁進(jìn)。無(wú)論是在通信、能源還是汽車電子等領(lǐng)域，我們都有理由期待 GaN HEMT 帶來(lái)更多的驚喜和變革。