一张图看懂GaN功率管的结构及工作原理

Colbie

一张图看懂GaN功率管的结构及工作原理

【导读】这里的一张图就能让大家搞清楚GaN功率管的结构及工作原理，常关型GaN功率管通常称为增强型GaN功率管，设计增强型GaN功率管有四种方法。

1、GaN和AlGaN材料特性不同，GaN和AlGaN构成的异质结的表面形成应力，由于晶体产生的压电效应，在GaN表层内部靠近结的一个薄层区域产生电子聚集，从而形成导电层，这个薄层的导电区域就是所谓的二维电子气2-DEG，如图中红色虚线和红色图例所示。

2-DEG：Two Dimensional Electron Gas

2、GaN和AlGaN异质结内在的产生导电的二维电子气，常开型GaN器件通常称为耗尽型GaN功率晶体管，必须在Gate加上反压，才能将Gate下面AlGaN层中的二维电子气去除，从而将器件关断。这种常开型器件在应用中会产生许多问题，因此不太适合实际的应用。

耗尽：Depletion

金属绝缘半导体：Metal Insulated Semiconductor

3、常关型GaN功率管通常称为增强型GaN功率管，设计增强型GaN功率管有四种方法：

（1）Gate在AlGaN层中凹陷下移

当Gate在AlGaN层中下移，Gate下方AlGaN层变薄，结应力减小，当其尺寸减小到一定值，就可以去除Gate下方GaN层中的二维电子气。Gate加正向电压，电子被吸引到其下方，Gate电压大于一定值时，就可以恢复Gate下方GaN层中的二维电子气，从而开始导电。

（2）Gate下方AlGaN层中注入氟原子

AlGaN层中的氟原子可以捕获电子，从而去除Gate下方GaN层中的二维电子气。

（3）使用P型Gate

P型Gate产生正电荷，从而去除Gate下方GaN层中的二维电子气，这也是目前商业化产品常用一种方法。

（4）使用级连的结构

将一个MOSFET和GaN串联级连，从而形成常关型器件，早期GaN采用这种结构，现在越来越少使用。

4、衬底Substrate主要是Si、SiC或其它材料。

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