高壓大功率GaN器件開關(guān)過程振蕩問題分析及應(yīng)用設(shè)計研究.pdf

1、基于氮化鎵(GaN)材料的新型半導(dǎo)體功率器件由于其高電子遷移率、高飽和漂移速度、高臨界擊穿電場等優(yōu)異的電氣特性，在高壓、高頻和大功率場合具有巨大的潛力，受到人們的廣泛關(guān)注。但是由于GaN器件本身的導(dǎo)通電阻(Rds_on)較小，以及基于GaN器件的布局設(shè)計要求的高頻環(huán)路面積較小，導(dǎo)致總體高頻環(huán)路阻尼較小，且高壓大功率GaN器件自身開關(guān)速度極快，開通電流變化率可達(dá)3000A/us，因此易出現(xiàn)電壓電流的振蕩現(xiàn)象，尤其是在橋式結(jié)構(gòu)當(dāng)中，令GaN

2、器件在高頻中的應(yīng)用受到限制。
　　因此，本文針對高壓大功率GaN功率器件在橋式結(jié)構(gòu)中的振蕩現(xiàn)象展開以下研究工作:首先在介紹GaN器件研究背景和國內(nèi)外的器件研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，總結(jié)了高壓大功率GaN器件的器件特性研究現(xiàn)狀和振蕩研究現(xiàn)狀;其次在精確測試平臺基礎(chǔ)上，對Cascode型和E-mode型兩款同等級的高壓大功率GaN功率器件進(jìn)行測試，分析其開關(guān)性能，給出兩者的開通與關(guān)斷損耗的數(shù)學(xué)模型，并利用測試結(jié)果對Cascode型和E-mod

3、e型兩款同等級GaN器件進(jìn)行對比;針對高壓大功率GaN器件在測試過程中表現(xiàn)出的振蕩現(xiàn)象，本文結(jié)合開關(guān)特性測試結(jié)果，首先分析了E-mode型GaN器件和Cascode型GaN器件的開關(guān)過程，并基于該開關(guān)過程，對高壓大功率GaN器件的振蕩現(xiàn)象進(jìn)行分析，給出了基于寄生參數(shù)的外部誤導(dǎo)通和基于Cascode結(jié)構(gòu)的內(nèi)部誤導(dǎo)通兩種振蕩誘因，并給出了振蕩現(xiàn)象發(fā)生后，GaN器件所呈現(xiàn)的3種狀態(tài);基于兩種振蕩誘因，本文分別給出振蕩的抑制方案，并通過仿真和部