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一張圖看懂GaN功率管的結(jié)構(gòu)及工作原理

發(fā)布時(shí)間:2019-03-06 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】這里的一張圖就能讓大家搞清楚GaN功率管的結(jié)構(gòu)及工作原理,常關(guān)型GaN功率管通常稱為增強(qiáng)型GaN功率管,設(shè)計(jì)增強(qiáng)型GaN功率管有四種方法。
 
 
 
1、GaN和AlGaN材料特性不同,GaN和AlGaN構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)的表面形成應(yīng)力,由于晶體產(chǎn)生的壓電效應(yīng),在GaN表層內(nèi)部靠近結(jié)的一個(gè)薄層區(qū)域產(chǎn)生電子聚集,從而形成導(dǎo)電層,這個(gè)薄層的導(dǎo)電區(qū)域就是所謂的二維電子氣2-DEG,如圖中紅色虛線和紅色圖例所示。
 
2-DEG:Two Dimensional Electron Gas
 
2、GaN和AlGaN異質(zhì)結(jié)內(nèi)在的產(chǎn)生導(dǎo)電的二維電子氣,常開型GaN器件通常稱為耗盡型GaN功率晶體管,必須在Gate加上反壓,才能將Gate下面AlGaN層中的二維電子氣去除,從而將器件關(guān)斷。這種常開型器件在應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生許多問題,因此不太適合實(shí)際的應(yīng)用。
 
耗盡:Depletion
金屬絕緣半導(dǎo)體:Metal Insulated Semiconductor
 
3、常關(guān)型GaN功率管通常稱為增強(qiáng)型GaN功率管,設(shè)計(jì)增強(qiáng)型GaN功率管有四種方法:
 
(1)Gate在AlGaN層中凹陷下移
 
當(dāng)Gate在AlGaN層中下移,Gate下方AlGaN層變薄,結(jié)應(yīng)力減小,當(dāng)其尺寸減小到一定值,就可以去除Gate下方GaN層中的二維電子氣。Gate加正向電壓,電子被吸引到其下方,Gate電壓大于一定值時(shí),就可以恢復(fù)Gate下方GaN層中的二維電子氣,從而開始導(dǎo)電。
 
(2)Gate下方AlGaN層中注入氟原子
 
AlGaN層中的氟原子可以捕獲電子,從而去除Gate下方GaN層中的二維電子氣。
 
(3)使用P型Gate
 
P型Gate產(chǎn)生正電荷,從而去除Gate下方GaN層中的二維電子氣,這也是目前商業(yè)化產(chǎn)品常用一種方法。
 
(4)使用級(jí)連的結(jié)構(gòu)
 
將一個(gè)MOSFET和GaN串聯(lián)級(jí)連,從而形成常關(guān)型器件,早期GaN采用這種結(jié)構(gòu),現(xiàn)在越來越少使用。
 
4、襯底Substrate主要是Si、SiC或其它材料。
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