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本章將深入探討氮化鎵 (GaN) 技術(shù) ：其屬性、優(yōu)點(diǎn)、不同制造工藝以及最新進(jìn)展。這種更深入的探討有助于我們了解 ：為什么 GaN 能夠在當(dāng)今這個(gè)技術(shù)驅(qū)動(dòng)的環(huán)境下發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。 GaN ：可靠的技術(shù)GaN 是一項(xiàng)久經(jīng)考驗(yàn)的化合物半導(dǎo)體技術(shù)。自 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，化合物半導(dǎo)體一直都是高性能應(yīng)用中的主導(dǎo)微波集成電路 (IC) 技術(shù)。這是因?yàn)榕c簡(jiǎn)單的硅基半導(dǎo)體器件相比，它們可實(shí)現(xiàn)卓越的速度和功率組合?；衔锇雽?dǎo)體由元素周期表中的兩個(gè)或兩

功率轉(zhuǎn)換器中使用的半導(dǎo)體開關(guān)技術(shù)是改進(jìn)的關(guān)鍵，而使用碳化硅 （SiC） 和氮化鎵 （GaN） 的新型寬帶隙（WBG） 類型有望取得重大進(jìn)展。讓我們?cè)敿?xì)研究一下這些優(yōu)勢(shì)。

傳統(tǒng)的 IGBT 在歷史上一直受到開關(guān)損耗的影響。為了高效運(yùn)行，IGBT 需要像硅 FRD 一樣的續(xù)流二極管 （FRD），如圖 1 所示。隨著 Rohm Semiconductor 最近發(fā)布的一種混合 IGBT，它采用了 SiC 肖特基勢(shì)壘二極管 （SBD），這一限制得到了解決，從而導(dǎo)致與傳統(tǒng)的 Si FRD IGBT 和超結(jié) （SJ） MOSFET 相比，分別提高了 67% 和 24%。這種改進(jìn)加上低成本，有利于多種用途，包括機(jī)器人、輔助電源、高壓工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和不間斷電源 （UPS）。羅門半導(dǎo)體的這份白皮書將批判性地研究新的混合 IGBT 系列版本及其應(yīng)用，并比較分析該系列中各種產(chǎn)品的規(guī)格。

牽引應(yīng)用中使用的半導(dǎo)體開關(guān)是實(shí)現(xiàn)高效率的關(guān)鍵部件。最新的半導(dǎo)體技術(shù)允許高開關(guān)頻率，并且在大多數(shù)其他功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中，這會(huì)帶來(lái)更小的磁性元件的好處，并與一些額外的開關(guān)損耗進(jìn)行權(quán)衡。然而，在驅(qū)動(dòng)逆變器中，磁性元件是電機(jī)，其尺寸適合扭矩和功率。低開關(guān)頻率的更高效率通常比其他因素更重要。因此，開關(guān)頻率約為 10 kHz 的IGBT已被廣泛使用，它們具有堅(jiān)固性、低傳導(dǎo)損耗和相當(dāng)?shù)偷膭?dòng)態(tài)損耗的良好記錄。

在這項(xiàng)研究中，我們將解釋在一定溫度范圍內(nèi)對(duì)碳化硅樣品進(jìn)行的本征電導(dǎo)率測(cè)量

雖然 GaN 器件可實(shí)現(xiàn)更高的功率密度，但仍有一些系統(tǒng)級(jí)問(wèn)題需要解決，以實(shí)現(xiàn)高度可靠且適銷對(duì)路的適配器設(shè)計(jì)。正如每個(gè)電力電子工程師所知道的那樣，這些以熱設(shè)計(jì)和 EMI 合規(guī)性為中心。作為人類，當(dāng)我們處于緊張狀態(tài)時(shí)，我們會(huì)努力保持冷靜和鎮(zhèn)定。對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)的電路來(lái)說(shuō)，情況也沒有什么不同：適配器內(nèi)的電子設(shè)備必須在我們放置它們的狹小空間中保持涼爽（表現(xiàn)出低溫升）和平靜（低發(fā)射噪聲）。我們?cè)诒疚闹兄塾趯?shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的技術(shù)。

了解半導(dǎo)體價(jià)帶和導(dǎo)帶的形成機(jī)制對(duì)于新材料生產(chǎn)的潛在技術(shù)影響至關(guān)重要。這項(xiàng)工作提出了一種寬帶隙計(jì)算模型，突出了理解能帶結(jié)構(gòu)的理論困難，然后將其與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。

隨著半導(dǎo)體行業(yè)的最新進(jìn)展，對(duì)具有金屬源極和漏極觸點(diǎn)的肖特基勢(shì)壘 (SB) MOSFET 的研究正在興起。在 SB MOSFET 中，源極和漏極構(gòu)成硅化物，而不是傳統(tǒng)的摻雜硅。SB MOSFET 的一個(gè)顯著特征是一個(gè)特殊的二極管，例如在 I d -V ds特性的三極管操作期間呈指數(shù)電流增加。這發(fā)生在相對(duì)于在邏輯電路中應(yīng)用此類器件而言極不可能出現(xiàn)小的偏置電壓時(shí)。

小型化一直是電子行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)，對(duì)電源尤其重要。電源的質(zhì)量通常以單位體積的功率來(lái)衡量，本文討論了一些有助于實(shí)現(xiàn)小型化電源設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。