【導讀】氮化镓功率器件因其高速開關能力、高gao功gong率lv密mi度du和he成cheng本ben效xiao益yi而er成cheng為wei市shi場chang的de熱re門men選xuan擇ze。然ran而er，由you於yu工gong作zuo電dian壓ya和he長chang期qi可ke靠kao性xing的de製zhi約yue
，這zhe些xie器qi件jian的de潛qian力li並bing未wei得de到dao充chong分fen發fa揮hui
，主zhu要yao在zai消xiao費fei電dian子zi領ling域yu內nei競jing爭zheng價jia格ge。近jin期qi
，隨sui著zhe高gao壓ya氮dan化hua镓jia器qi件jian的de陸lu續xu推tui出chu，我wo們men看kan到dao了le它ta們men在zai更geng廣guang泛fan市shi場chang應ying用yong中zhong的de潛qian力li。

氮化镓功率器件因其高速開關能力、高gao功gong率lv密mi度du和he成cheng本ben效xiao益yi而er成cheng為wei市shi場chang的de熱re門men選xuan擇ze。然ran而er，由you於yu工gong作zuo電dian壓ya和he長chang期qi可ke靠kao性xing的de製zhi約yue，這zhe些xie器qi件jian的de潛qian力li並bing未wei得de到dao充chong分fen發fa揮hui，主zhu要yao在zai消xiao費fei電dian子zi領ling域yu內nei競jing爭zheng價jia格ge。近jin期qi，隨sui著zhe高gao壓ya氮dan化hua镓jia器qi件jian的de陸lu續xu推tui出chu
，我wo們men看kan到dao了le它ta們men在zai更geng廣guang泛fan市shi場chang應ying用yong中zhong的de潛qian力li。

yuanshanbandaotizuijinfabulexinyidaigaoyadanhuajiagonglvqijian，bingzaitaikexianjinbandaotishiyanshijinxinglexiangjindeceshi，zhexieceshijieguoweiwomentigongleduiyuanshanbandaotidanhuajiagonglvqijianxingnengdequanmianlejie。muqian，yuanshanxianyouchanpinbaokuo700V
、1200V
、1700V
、3300V等多種規格的藍寶石基氮化镓功率器件，多項性能指標處於行業內領先，主要應用於高功率PD快充、車載充電器、雙向DC-DC、微型逆變器
、便攜儲能、V2G等領域。

測試概覽

泰克先進半導體實驗室在今年9月收到了遠山半導體寄送的新一代常開型（Normally-ON）高壓氮化镓器件。為了解決氮化镓功率器件固有的電流崩塌問題
，他們采用特有的極化超級結（PSJ：Polarization Super Junction）技術，將器件的額定工作電壓和工作電流提升到（1200V/20A）。

對於器件的直流參數
，選擇在靜態參數測試係統SPT1000A上進行測試。係統內置吉時利2657A高壓源表和2636B高精度源表，最高可以支持3000V，1000A下的I-V和C-V特性測試。

在柵極電壓-8V
，Id=1uA的條件下，這款氮化镓功率器件的擊穿電壓BVDSS達到1505V。器件的閾值電壓約為-3.9V。在器件導通條件下
，Vgs=3V，Id=20A時，我們測得的靜態導通電阻僅為 62.3mΩ。下圖為關斷條件下
，漏電流Idss與反偏電壓（0~1500V）的掃描關係曲線。

關斷狀態下反偏電壓與漏電流關係曲線

在過往對氮化镓功率器件的動態開關參數測試中
，采用DFN8x8封裝的功率器件多為650V電壓等級，雙脈衝開關測試大多在400V條件下進行。在高壓測試中，氮化镓器件比較容易出現電流崩塌現象
，表現為硬開關過程中
，導通電阻突然增大，如下圖所示：

傳統氮化镓功率器件在高壓條件下開關測試容易出現的電流崩塌現象

下圖是遠山半導體提供的DFN8*8封裝GaN HEMT器件在高壓600V以及20A條件下進行開關測試的波形
，柵極電壓為-6V~+3V，使用同型號氮化镓器件作為陪測。（測試條件：同型號D-Mode 常開型氮化镓器件，Ron = Roff = 1Ω，負載電感 75uH

，Vds: 600V，Vgs: -6V~+3V, Id: 20A）

在測試過程中
，使用了DPT1000A功率器件測試係統中的氮化镓測試電路，其中柵極探頭使用1GHz帶寬的TPP1000A，Vds測試使用800MHz帶寬的高壓單端探頭TPP0850，電流探頭使用T&M公司提供的2GHz電流傳感器。柵極驅動芯片使用了TI公司的LM5114
，可以最高提供7A的瞬態電流。在測試結果中可以看到
，藍色的Vds波形在器件導通過程中電壓非常接近0V
，表示功率器件在高壓下的硬開關操作，並沒有導致導通電壓的上升。

在實際測試結果中，器件的開啟延遲Tdon為15.06ns，上升時間Tr為11.1ns
，關斷延遲為13.02ns，下降時間Tf為13ns。在高壓大電流的硬開關條件下實現了極高的開關速度。

為(wei)了(le)進(jin)一(yi)步(bu)檢(jian)驗(yan)在(zai)高(gao)壓(ya)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)電(dian)流(liu)崩(beng)塌(ta)現(xian)象(xiang)，我(wo)們(men)通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)鉗(qian)位(wei)探(tan)頭(tou)進(jin)行(xing)動(dong)態(tai)導(dao)通(tong)電(dian)阻(zu)測(ce)試(shi)，觀(guan)察(cha)器(qi)件(jian)在(zai)不(bu)同(tong)電(dian)壓(ya)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)導(dao)通(tong)電(dian)阻(zu)值(zhi)變(bian)化(hua)。我(wo)們(men)分(fen)別(bie)在(zai)300V
，400V，500V，600V四個不同電壓下測試器件的動態導通電阻
，即使用鉗位後的Vds與電流Id波形相除，得到器件在開啟後的導通電阻波形。對比四組動態導通電阻波形
，並在相同區域內取值做平均值計算
，得到如下的結果：

上圖紅色區域為在300V，400V，500V
，600V條件下雙脈衝測試得到的動態導通電阻曲線

測試電壓 300V 400V 500V 600V

導通電阻平均值歸一化（Normalized Ron） 1 1.02 1.04 1.064

可以看到的是
，隨著測試電壓的升高
，器件動態導通電阻僅有非常小的抬升，600V與300V下的測試結果相比，僅上升6.4%，非常好的克服了氮化镓器件在高壓條件下的電流崩塌現象。

結論

基於測試結果，可以看到遠山半導體這次提供的氮化镓功率器件在高電壓大電流條件下的良好表現
，打破了傳統氮化镓器件額定電壓650V的限製
，在雙脈衝測試中表現出了良好的穩定性，在不同電壓下的動態導通電阻測試也得到了非常一致的結果。

隨sui著zhe高gao壓ya氮dan化hua镓jia器qi件jian的de普pu及ji
，通tong過guo設she計ji和he工gong藝yi的de改gai進jin以yi及ji成cheng本ben的de進jin一yi步bu下xia降jiang，相xiang信xin氮dan化hua镓jia器qi件jian會hui在zai電dian力li電dian子zi應ying用yong市shi場chang取qu得de更geng大da的de市shi場chang空kong間jian，為wei智zhi能neng電dian網wang
、電動汽車、可再生能源係統等熱門領域提供了新的可能性。

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