書籍：

《炬豐科技

-

半導體工藝》

文章：

氮化鎵電晶體在電力電子中的應用

編號：

JFKJ-21-023

作者：炬豐科技

作為近年來矽

（Si） 替代品的有吸引力的選擇。在新材料中，氮化鎵（GaN）被認為是最有前途的候選材料。本文概述了電力電子領域的 GaN 技術。該評論側重於 GaN 電晶體的主要方面，例如電氣、熱和經濟特性。還介紹了為 LED 照明應用設計的同步降壓轉換器系列中的 Si 和 GaN 開關器件之間的比較。該比較是使用同步降壓轉換器進行的，該轉換器在相同引數下設計，具有五種不同的開關頻率，範圍從 100 kHz 到 1 MHz。記錄效率和溫度。基於 GaN 的轉換器在所有情況下都具有更高的效率和更低的工作溫度，最高效率為 96

。

8%，最低 94。5%。此外，隨著開關頻率和死區時間的增加，基於矽的轉換器表現出更高的效能下降。

關鍵詞

——

GaN

、氮化鎵、

GaN

晶體

I。

介紹

自從

1920 年代在鐵路 ［1］ 中用於將交流電轉換為直流電的汞弧整流器的發展出現電力電子技術以來，透過電子電路處理能量的能力所提供的創新改變了世界。 然而，只有隨著 1940 年代矽 （Si） 電晶體的發展 ［2］，特別是 1970 年代的矽金屬氧化物場效應電晶體 （MOSFET） ［3］，才建立了基於開關轉換器成為可能。

將以某種方式由開關轉換器處理

［4］。因此，預計到 2020 年，功率半導體市場將超過 17B 美元，這尤其受到全球對更節能裝置的趨勢的推動 ［5］。

更高效、更緊湊的電路的開發取決於所用半導體器件的改進

［6］。開關頻率的增加一直是一個經常性的選擇，因為它允許無源器件的小型化

……

最後，在第七節中，提出了本文的結論。

II。

材料

功率半導體的選擇

由所用材料的特性決定

在製造過程中

［3］， ［20］。表 I 總結了 Si、SiC 和 GaN ［3］、［21］ 的一些關鍵引數。這些是功率半導體行業中最常用的一些材料。在接下來的小節中，將討論每個引數並評估其對最終裝置的影響

……

III。

氮化鎵電晶體

上世紀

90 年代，GaN 基晶體管制造的第一個進展集中在射頻 （RF） 應用上 ［28］，［29］ 是 1975 年首次展示的氮化鎵的高電子遷移率效應 ［30］。射頻市場的第一個 GaN 電晶體出現於 2004 年，由 Eudyna Corporation、CREE、Nitronex 和 RFMD ［3］、［31］、［32］ 公司生產

……

IV。

設計挑戰

由於使用了一種新的但仍然很少被探索的技術，有必要深化在插入這些新產品的電路設計中使用的技術

……

略

七、

結論

近年來出現了大帶隙半導體，例如

SiC，尤其是 GaN，作為可能的替代品

Si 器件使電力電子裝置可以不斷超越限制並提高靜態轉換器的效能。透過這種方式，可以在不犧牲系統效率的情況下實現更高的功率密度、更高的工作頻率和更低的體積。

與

Si 器件不同，GaN 半導體仍處於發展的早期階段，無論是在效能改進還是製造成本方面，還有很長的路要走。儘管幾乎沒有參與電力電子市場，但 GaN 半導體已經出現在學術環境中的許多應用中。它們的特性如更高的工作溫度、更低的固有電容和更高

……

所呈現的結果突出了

GaN 在未來在電力電子市場中佔據矽地位的潛力。隨著對更緊湊和更高效轉換器的需求增加，對高效能裝置的需求也在增長。此外，矽技術正在接近其理論極限。因此，它為在不久的將來在市場上插入 GaN 器件創造了鼓勵。

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