氮化镓功率器件基础培训(2015.1.15)

氮化镓功率）作为种宽禁带半导材料具高电子迁移率、高击穿电压、高热导氮化镓（GaN一体，有率等优良性使其功率电子领域具广泛应用前景。

氮化镓功率器件主要包括氮化镓特，在有的功率二极管、氮化镓晶管、氮化镓功率模块等。

本文将氮化镓功率器件性能、应用体对的以及发展趋势进行详细解析。

、氮化镓功率器件性能点一的特高效率：氮化镓功率器件具很高电子迁移率使得器件工作时具较低导1. 有的，在有的通电阻从而提高了器件效率。

，的高功率密：氮化镓功率器件具较高击穿电压和较电流容量使得器件可2. 度有的大的，以较小积下承受较高功率。

在的体的高热导率：氮化镓功率器件具较高热导率利于热量传导和散发提高了器件3. 有，有的，热稳性。

的定宽带隙：氮化镓功率器件宽带隙性使其高温、高电场等恶劣环境下具较4. 的特，在有好的定稳性。

二、氮化镓功率器件应用领域的电源模块：氮化镓功率模块电源领域应用已经逐渐成熟其主要优势于提高了1. 在的，在体电源转换效率、减小了电源积、降低了热量损失等。

电力电子设备：氮化镓功率器件电力电子设备中应用主要包括变频器、逆变器、2. 在的整流器等。

氮化镓功率器件高效率、高功率密等性利于提高电力电子设备性的度特，有的能。

电动汽车：氮化镓功率器件电动汽车领域应用前景广阔主要包括电机驱动器、3. 在的，车载充电器、电池管理系统等。

氮化镓功率器件高效率、高功率密等性助于提高的度特，有电动汽车续航程、降低能耗等。

的里能源并网：氮化镓功率器件能源并网领域应用主要包括光伏逆变器、风能变4. 新在新的的度特，有新的流器等。

氮化镓功率器件高效率、高功率密等性利于提高能源并网电能转换效率、减小设备积等。

体三、氮化镓功率器件发展趋势的技术：随着科研技术不断进步氮化镓功率器件技术也不断。

例如1. 创新的，的在创新，过改进材料生技术、优化器件构设计等进步提高氮化镓功率器件性能。

通长结，一的成本降低：随着氮化镓功率器件生产模扩和技术成熟其成本也逐渐降2. 规的大的，在有在更的低。

氮化镓（GaN）功率器件的特点、应用及发展现有硅功率器件已经达到了理论极限，而第三代半导体材料中氮化镓材料的基础参数更加优异，也将具有更大的发展空间。

本文从GaN功率器件的基础参数分析其特点和优势，列举其在消费类电源和电动汽车领域的应用，最后阐述现有国家政策和国内产业链发展情况。

标签：氮化镓（GaN）;消费类电源;电动汽车;新基建。

随着硅功率MOSFET技术的不断发展，其参数达到了硅基器件的理论极限。

而作为第三代半导体材料中的SiC和GaN为原材料的功率器件则是优良的升级品。

本文主要对GaN功率器件的特点、应用和发展进行论述。

由表1得出GaN材料的特性包括禁带宽度大、临界击穿电场高、电子迁移率较高、饱和漂移速度高及导热率大。

高的禁带宽度意味着具有较低的本征泄露电流和较高的工作温度。

在相同击穿电压下，GaN材料的高临界击穿电场可以使漂移区厚度可以比硅器件小1/10左右，体积更小，寄生参数更小。

理论导通电阻与偏移区厚度成正比，与电子迁移率成反比。

所以，较小的偏移区厚度和较高的电子迁移率可以使导通电阻进一步降低。

高饱和漂移速度，说明更适合高频工作。

导热率越大，说明其传递热量的能力越强，则更适宜于高温环境[1]。

综合以上分析可知，第三代宽禁带GaN材料具有开关速度快，导通电阻低，尺寸小，耐高温等特点，所以GaN功率器件适合高频、高温、高效率的应用环境，能够有效减小系统尺寸，提高功率密度，并最终降低系统成本。

二、氮化镓功率器件的应用1.消费类电源的应用目前，手机和电脑已成为生活的必需品，而配套电源充电器也随之升级换代。

在2018年11月6日，联想发布了thinkplus口红电源，标准功率输出65W，兼容绝大多数Type-C供电的电脑和手机。

在2019年9月17日，OPPO发布了一款标配65W的GaN快充充电器。

这也是第三代半导体GaN材料首次应用于手机原装快充充电器。

在2020年的1月7日到1月10日的CES2020展会上，共有约30个厂商推出60多款GaN快充产品。

氮化镓功率器件参数一、氮化镓功率器件概述氮化镓（GaN）功率器件是一种基于氮化镓材料制成的半导体功率器件，具有高电子迁移率、高热导率、高击穿电压等优点。

在近年来，随着氮化镓材料技术的不断发展和成熟，氮化镓功率器件已在众多领域得到广泛应用。

二、氮化镓功率器件的主要参数1.正向电压：正向电压是指器件在正向电流下所需要的电压。

氮化镓功率器件的正向电压较低，有利于提高整个电路的效率。

2.反向漏电流：反向漏电流是指在反向电压下，通过器件的电流。

氮化镓功率器件的反向漏电流较小，有助于降低功耗。

3.开关速度：开关速度是指器件在开启和关闭过程中的时间。

氮化镓功率器件具有较快的开关速度，可以减小开关损耗，提高电路的工作效率。

4.热阻：热阻是指器件散热能力与温度升高之间的阻力。

氮化镓功率器件具有较低的热阻，有利于提高器件的可靠性和稳定性。

5.负载电流：负载电流是指器件在正常工作状态下所能承受的电流。

氮化镓功率器件具有较高的负载电流能力，可以满足不同应用场景的需求。

三、氮化镓功率器件的应用领域1.高效电源：氮化镓功率器件在高效电源中的应用可以提高转换效率，减小体积和重量，降低系统成本。

2.电动汽车：氮化镓功率器件在电动汽车领域可以提高动力电池管理系统、电机控制器和充电器的性能。

3.无线通信：氮化镓功率器件在无线通信基站、卫星通信和雷达系统中具有广泛应用，可以提高设备的性能和可靠性。

4.新能源：氮化镓功率器件在新能源领域，如太阳能、风能等，可以提高转换效率，降低系统的成本和重量。

四、氮化镓功率器件的优缺点分析优点：1.高电子迁移率，有利于提高器件的开关速度和效率。

2.高热导率，有助于器件的散热和可靠性。

3.高击穿电压，提高器件的耐压性能。

4.较低的正向电压和反向漏电流，降低功耗。

缺点：1.制造成本相对较高。

2.器件的稳定性、可靠性与工艺和封装技术密切相关。

五、我国氮化镓功率器件的发展现状与展望1.发展现状：我国氮化镓功率器件产业已取得显著成果，部分企业具备了国际竞争力。

氮化镓知识这是一种具有较大禁带宽度的半导体,属于所谓宽禁带半导体之列。

它是微波功率晶体管的优良材料，也是蓝色光发光器件中的一种具有重要应用价值的半导体。

目录简介GaN材料的特性总述化学特性结构特性电学特性光学特性GaN材料生长GaN材料的应用基新型电子器件基光电器件应用前景GaN材料的缺点和问题GaN材料的优点与长处GaN器件制造中的主要问题简介GaN材料的特性总述化学特性结构特性电学特性光学特性GaN材料生长GaN材料的应用基新型电子器件基光电器件应用前景GaN材料的缺点和问题GaN材料的优点与长处GaN器件制造中的主要问题简介GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。

它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好（几乎不被任何酸腐蚀）等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。

GaN材料的特性总述GaN是极稳定的化合物，又是坚硬的高熔点材料，熔点约为1700℃，GaN具有高的电离度，在Ⅲ—Ⅴ族化合物中是最高的（0.5或0.43）。

在大气压力下，GaN晶体一般是六方纤锌矿结构。

它在一个无胞中有4个原子，原子体积大约为GaAs的一半。

因为其硬度高，又是一种良好的涂层保护材料。

化学特性在室温下，GaN不溶于水、酸和碱，而在热的碱溶液中以非常缓慢的速度溶解。

NaOH、H2SO4和H3PO4能较快地腐蚀质量差的GaN，可用于这些质量不高的GaN晶体的缺陷检测。

GaN在HCL或H2气下，在高温下呈现不稳定特性，而在N2气下最为稳定。

结构特性表1列出了纤锌矿GaN和闪锌矿GaN的特性比较。

电学特性GaN的电学特性是影响器件的主要因素。

未有意掺杂的GaN在各种情况下都呈n型,最好的样品的电子浓度约为4×1016/cm3。

氮化镓微波功率器件
氮化镓微波功率器件是一种利用氮化镓材料制作的微波功率放大器或开关器件。

氮化镓具有优异的热稳定性、高电子迁移率和较大的饱和漂移速度，使其成为高功率、高频率微波电子器件的理想材料。

氮化镓微波功率器件可以用于各种微波应用，如通信、雷达、无线电、广播和卫星通信等领域。

它具有高功率和高频率操作的能力，能够提供更大的输出功率和较高的工作频率。

此外，氮化镓材料还具有较低的损耗和较高的工作温度能力，因此能够在各种苛刻的环境条件下工作。

一种常见的氮化镓微波功率器件是氮化镓高电子迁移率晶体管（HEMT）。

HEMT是一种由氮化镓材料构成的场效应晶体管结构，其中氮化镓层用作电子传输通道。

HEMT具有较高的电子迁移率和较低的电子散射率，使其能够实现高功率和高频率的操作。

另一种氮化镓微波功率器件是氮化镓双极晶体管（HBT）。

HBT是一种具有双极结构的晶体管，其中氮化镓材料用于制作基区和集电区。

HBT具有高电流增益和较低的饱和漂移速度，因此适用于需要高电流增益和中等功率输出的应用。

除了HEMT和HBT之外，氮化镓还可用于制作其他类型的微波功率器件，如氮化镓基片上的谐振器、磷化铟/氮化镓混合集成电路等。

总之，氮化镓微波功率器件由于其优异的性能和能力，在微波
和射频领域具有广泛的应用前景。

它们可以提供更高的功率和更高的工作频率，同时具有较低的损耗和较高的工作温度能力，有助于推动微波和射频技术的发展和应用。

氮化镓相关知识点总结一、氮化镓的基本特性1.1 物理特性氮化镓是β相结晶形态，为六方晶系，晶格常数a=3.190 Å，c=5.185 Å。

氮化镓具有较大的禁带宽度，约为3.39 eV，使得它具有优异的光电特性。

此外，氮化镓具有较大的电子饱和漂移速度，高电子迁移率和热导率，使其在高频、高功率器件中具有广泛的应用前景。

1.2 光电特性氮化镓的宽禁带带来了其优异的光电特性，如高光电转换效率、辐射较少的载流子复合效应等。

这使得氮化镓在LED、LD等光电器件中具有广泛的应用。

1.3 化学特性氮化镓具有较高的化学稳定性，可以抵抗许多化学介质的侵蚀，具有良好的耐热性和耐腐蚀性。

这使得氮化镓在高温、高压环境中具有良好的稳定性。

二、氮化镓的制备方法2.1 气相外延法（MOVPE）气相外延法是目前最为常用的氮化镓制备方法，其原理是通过化学气相沉积在衬底上沉积氮化镓薄膜。

该方法具有制备工艺简单、成本低廉、薄膜质量好等优点，已经成为了氮化镓材料的主要制备方法。

2.2 分子束外延法（MBE）分子束外延法是一种高真空下利用分子束沉积法制备氮化镓薄膜的方法。

由于该方法的沉积速率较低，因此得到的氮化镓薄膜具有较高的质量，适用于制备一些高要求的器件。

2.3 氢化氨气相外延方法（NH3-MBE）氢化氨气相外延法是一种通过气相反应生成氮化氢的方法，由于氮化氢的分解温度较低，因此可以用于较低温度下制备氮化镓薄膜，可用于某些温度敏感的器件。

2.4 氮化镓单晶生长方法氮化镓单晶生长方法主要包括氮化镓晶体生长、离子助熔生长等。

这些方法主要应用于高性能器件的制备，得到的氮化镓单晶质量较高，适用于一些高性能要求的器件。

三、氮化镓的器件应用3.1 LED氮化镓LED是目前最为普及的LED器件之一，它具有较高的光电转换效率、较长的使用寿命、较高的亮度和颜色纯度等特点，已经广泛应用于照明、显示等领域。

3.2 LD氮化镓LD是一种将电能转化为光能的器件，具有较高的输出功率、较小的尺寸和窄的谱线宽度等优点，是高速光通信和激光打印等领域的重要组成部分。

氮化镓功率芯片技术路线-概述说明以及解释1.引言概述部分的内容可以从以下几个方面展开：1.1 概述氮化镓功率芯片技术是一种新型的半导体材料技术，它在功率电子领域中具有广泛的应用前景。

随着现代科技的不断发展，对功率电子设备的需求越来越高，传统的硅功率芯片已经无法满足这些需求。

而氮化镓功率芯片技术作为一种新兴的材料技术，具有很多优势，如高电子流动性、高击穿电场强度、高热导率等，使其成为了一种引人注目的替代方案。

氮化镓功率芯片技术通过在氮化镓材料中引入杂质，改变其电性能，从而实现高功率、高频率和高温工作的要求。

相对于传统的硅功率芯片，氮化镓功率芯片具有更低的电阻、更高的开关速度和更小的尺寸。

因此，氮化镓功率芯片技术在电动汽车、太阳能发电、通信设备等领域有着广泛的应用前景。

本文将对氮化镓功率芯片技术的制备方法、技术路线等进行详细探讨。

首先，将介绍氮化镓功率芯片的制备方法，包括金属有机气相外延（MOCVD）法、氮化物熔融生长法等。

其次，将探讨氮化镓功率芯片技术的研究进展和应用现状。

最后，对未来氮化镓功率芯片技术的发展进行展望，提出一些可行的解决方案和创新点。

通过对氮化镓功率芯片技术的深入研究和应用，可以提高功率电子设备的性能和效率，推动新能源和智能电网等领域的发展。

本文将对氮化镓功率芯片技术的最新研究成果和发展趋势进行全面分析和总结，旨在为相关领域的科研人员和工程师提供参考和启示，促进氮化镓功率芯片技术的进一步推广和发展。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章结构部分旨在简要介绍该篇长文的组织结构，以让读者对文章内容有一个整体的了解。

本文按照以下结构进行组织：第一部分是引言，主要分为三个小节。

第一小节概述了氮化镓功率芯片技术的重要性和应用领域；第二小节介绍了本文的结构和各部分的内容安排；第三小节明确了本文撰写的目的和意义。

第二部分是正文，包括两个小节。

第一小节对氮化镓功率芯片技术进行了概述，介绍了其基本原理、特点和应用；第二小节详细介绍了氮化镓功率芯片的制备方法，包括生长方法、加工工艺等。

氮化镓器件//氮化镓的可靠性与失效模式与采用其他半导体技术工艺的晶体管相比，氮化镓晶体管的一个主要优势是其工作电压和电流是其他晶体管的数倍。

但是，这些优势也带来了特殊的可靠性挑战。

其中挑战之一就是因为栅极和电子沟道之间通常使用的氮化铝镓。

氮化铝和氮化镓的晶格常数不同。

当氮化铝在氮化镓上生长时，其晶格常数被迫与氮化镓相同，从而形成应变。

氮化铝镓势垒层的铝含量越高，晶格常数之间的不匹配越高，因此应变也越高。

然后，氮化镓的压电通过反压电效应，在系统内产生更大应变。

如果氮化镓的压电属性产生电场，则反压电效应意味着一个电场总会产生机械应变。

这种压电应变增加了氮化铝镓势垒层的晶格不匹配应变。

在正常运行中，在栅极靠近漏极的边缘位置，氮化镓场效应管不得不承受高电场。

如果场效应管设计不当，则反压电效应在势垒层上产生的额外应力可能导致器件破裂和退化。

图3-1所示为带源极和漏极的氮化镓场效应管，并且有电压施加到栅极。

图3-2所示为反压电效应造成的材料结构性能退化。

为降低和消除氮化镓晶体管的本征故障模式，技术人员需要适当设计半导体势垒层的结构和厚度，提高半导体表面的强度。

如果设计适当，这种失效模式可以消除。

今天，氮化镓晶体管的可靠性非常好，在200 摄氏度下，MTTF超过1000万小时，这与其他半导体相当甚至更好。

更为重要的是，Qorvo等公司已经证明，在200 摄氏度下，器件工作100万小时的失效率低于0.002%。

图 3-3所示为 Qorvo公司第二代 0.25μm 氮化镓场效应管技术的典型可靠性阿伦尼乌斯图。

//利用Qorvo 技术管理热设计挑战//功率放大器的器件技术总是关于在相同或较高速度下，如何增加晶体管的射频功率密度和增益。

功率密度和增益的提高可以减少增益级数和合成损耗，并且最终限制芯片在给定频率下，可以提供的原始功率、增益和效率。

功率密度的不断提升推动相关技术从硅转移到标准砷化镓，再到高压砷化镓，最终到氮化镓。

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氮化镓的键能-概述说明以及解释1.引言1.1 概述氮化镓是一种重要的材料，具有广泛的应用前景。

它是一种由氮和镓原子组成的化合物，其键能是研究者们关注的重点之一。

氮化镓具有许多优异的性质，如高熔点、高硬度、高电子迁移率等，因此被广泛用于电子器件、光电子器件和高温材料等领域。

在过去的几十年里，研究人员致力于深入了解氮化镓的键能，以便更好地理解其特性和应用。

本文将重点介绍氮化镓键能的计算方法，以及其对材料性能的影响。

最后，我们将展望未来研究的方向，希望进一步提高氮化镓的性能和应用。

通过本文的阅读，读者将更全面地了解氮化镓的键能以及其在材料科学中的重要性。

1.2文章结构本文结构如下所示：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 氮化镓的定义和性质2.2 氮化镓的键能计算方法3. 结论3.1 氮化镓的键能对材料性能的影响3.2 未来研究方向在本文的结构中，各部分的内容安排如下：1.2 文章结构在本文中，我们将首先介绍氮化镓的定义和性质，包括其晶体结构、化学成分和物理性质等方面的内容。

然后，我们将详细讨论氮化镓的键能计算方法，介绍不同的计算方法和模型，以及其在氮化镓研究中的应用和局限性。

通过对氮化镓键能的计算和研究，我们可以更深入地了解其在材料中的作用和影响，为进一步的研究提供基础和指导。

最后，我们将总结氮化镓的键能对材料性能的重要性，并提出未来研究的方向和展望。

通过本文的阐述，旨在增进对氮化镓键能的认识和理解，促进相关领域的研究和发展。

以上就是本文的结构安排，下面将详细展开各个部分的内容。

1.3 目的本文的目的是研究和探讨氮化镓的键能对材料性能的影响。

首先，我们将介绍氮化镓的定义和性质，包括其晶体结构、化学组成以及一些基本的物理和化学特性。

然后，我们将探讨氮化镓的键能计算方法，包括理论计算和实验测量。

通过分析氮化镓的键能，我们可以深入了解其化学键的强度和稳定性。

在正文部分，我们将讨论氮化镓的键能对材料性能的影响，包括导电性、光电性能和热学性能等方面。

氮化镓（GaN）基半导体材料及器件一、项目背景资料介绍1、第三代半导体氮化镓（GaN）晶体当今世界，被誉为IT产业发动机的半导体产业已诞生了以氮化镓（GaN）及其合金材料为代表的第三代材料，第一代和第二代半导体分别以硅和砷化镓为代表，而第三代半导体则以氮化镓（GaN）及其合金材料为代表。

国内外都对该领域投入了大量的研究，美国和日本现已掌握生产纯蓝和纯绿光的氮化镓（GaN）基材料的生长工艺。

我国已在实验室生产出氮化镓（GaN）基蓝色发光材料，目前正在进行产业化生产方面的研究。

2、氮化镓（GaN）基材料特点以氮化镓（GaN）基材料为代表的III-V族宽带隙化合物半导体材料，内、外量子效率高，具有高发光效率，高热导率，耐高温，抗辐射，耐酸碱，高强度和高硬度等特性，是目前世界上最先进的半导体材料。

氮化镓（GaN）基材料可制成高效蓝、绿光发光二极管和激光二极管LD（又称激光器），并可延伸到白光，将替代人类沿用至今的照明系统。

氮化镓（GaN）基材料还将带来IT行业存储技术的革命。

3、蓝色发光二极管（LED）发光二极管是一种将电能转化为光能的发光器件，是在半导体P-N结、双异质结或多量子阱结构上通以正向电流时发出红外光、蓝光或紫外光等可见光的器件。

目前红、普绿、黄、橙黄等发光二极管的技术已经成熟而且已经产业化，构成全彩色的三原色光分别为RGB（Red、Green、Blue），即纯红光、纯绿光、纯蓝光，而纯绿、纯蓝发光二极管是长期困扰该行业的难题。

蓝色发光二极管制作工艺上可分为三步：（1）发光晶体（上游产品）--氮化镓（GaN）基材料制作；（2）管芯（中游产品）制作；（3）管芯的封装。

而从上游产品--氮化镓（GaN）基材料到中游产品--蓝、绿发光二极管LED和激光二极管LD（又称激光器）之间存在着很高的技术壁垒。

4、国外对蓝色发光二极管的研究和生产九十年代中期以来，氮化镓（GaN）基材料及其合金在材料制备和发光器件制作等方面取得重大技术突破，成了全球半导体研究领域的前沿和热点。

氮化镓功率放大器基础知识氮化镓功率放大器，这听起来就像是一个很厉害的高科技玩意儿，对吧？其实啊，没那么神秘，就像我们平时见到的那些放大器一样，不过它可有自己的独特之处呢。

咱先说说氮化镓这东西。

氮化镓就像是一个超级小的积木块，但是这个小积木块可有大能量。

它是一种化合物，由氮和镓这两个元素组合而成。

你可以把它想象成两个小伙伴，氮和镓手拉手，然后就形成了这个特别的氮化镓。

这个氮化镓的性质啊，可不像一般的材料。

它就像一个坚强的小战士，特别耐高温，还能承受很高的电压呢。

这要是比作人的话，那就是一个身体素质超强的硬汉，啥恶劣环境都不怕。

再来说说功率放大器。

功率放大器是干啥的呢？就好比是一个扩音器，但是比普通扩音器高级多了。

我们平时说话声音小，经过扩音器就能让很多人听到。

功率放大器也是这个道理，不过它放大的是电信号的功率。

比如说，从手机或者其他设备出来的电信号功率比较小，经过功率放大器这么一加工，功率就变大了。

这就像把小水流变成了大水流一样，能量一下子就变强了。

那氮化镓功率放大器呢？就是把氮化镓这个厉害的材料用到功率放大器里啦。

这就像是给一辆汽车换上了超级发动机一样。

氮化镓功率放大器的效率特别高，就像一个很会干活的小工匠，不会浪费太多的能量。

你想啊，如果一个人干活，又快又好还不浪费力气，那得多棒啊。

氮化镓功率放大器就是这样，它能在把电信号功率放大的同时，尽可能地减少能量的损失。

在现代科技里，氮化镓功率放大器的应用可广泛了。

就拿我们的手机来说吧，现在手机功能越来越多，需要处理的信号也越来越复杂。

氮化镓功率放大器就像手机里的一个小助手，默默地把信号处理得很好。

如果没有它，手机的信号可能就没那么强，通话质量啊，网络速度啊，都会受到影响。

这就好比是一个球队里的关键球员，如果他不在场上，整个球队的表现就会大打折扣。

再比如说在雷达系统里。

雷达就像一双超级眼睛，要探测很远的目标。

氮化镓功率放大器就给这双眼睛注入了强大的力量。

GN012 应用手册氮化镓半导体功率器件门极驱动电路设计更新于2021/02/04 GaN Systems Inc.门极偏置电压GaN SystemsGaN E-HEMT Si MOSFETIGBT SIC MOSFET 最大额定值-20/+10V-/+20V-/+20V-8/+20V典型门极偏置电压0 or-3/+5-6V 0/+10-12V 0 or -9/+15V -4/+15-20V与硅MOSFET 的共同点▪真正的增强型器件（常闭型器件）▪电压驱动▪只需提供门极漏电流I GSS▪能够通过改变R G 控制开关速度▪与与大部分Si MOSFET 驱动芯片兼容与硅MOSFET 的差异▪极低的Q G : 更低的驱动损耗; 更快的开关速度▪更大的跨导和更低的V GS : 仅需+5-6V 门极偏置电压即可接通元件▪更低的V G(th):典型值为1.5V相比其他增强型GaN 器件▪门极更加可靠: -20/+10V 最大额定值▪无需直流电流驱动门极▪门极结构简单，无二极管/PN 节C ISS = C GD +C GS易于驱动的GaN 功率器件技术门极驱动器结构隔离/非隔离备注Si8271单管隔离独立开通/关断引脚Si8273/4/5半桥隔离死区时间可调ADuM4121ARIZ 单管隔离内部米勒钳位ACPL-P346单管隔离内部米勒钳位HEY1011单管隔离集成驱动供电NCP51820半桥非隔离自举电压调节可编程电源电流和可调过•GaN Systems 的GaN HEMTs 与大多数硅器件驱动芯片兼容•当驱动电压(V DD )高于+6V(推荐的GaN 开通电压)时, 需要负压生成电路把V GS 转换成+6和-(V DD -6)V, 具体请参考第7页•建议V DD ≤12V常用方案:门极驱动器结构开通/关断引脚是否独立自举电压调节备注NCP51810半桥是否高速uP1966A 半桥是是通用应用LMG1205半桥是是通用应用MDC901半桥是是大电流•GaN Systems 的GaN HEMTs 与大多数硅器件驱动芯片兼容•当驱动电压(V DD )高于+6V(推荐的GaN 开通电压)时, 需要负压生成电路把V GS 转换成+6和-(V DD -6)V, 具体请参考第7页•建议V DD ≤12V常用方案:拓扑结构控制器描述反激-适配器-充电器-其他小功率AC/DC NCP1342650V, QR谐振UCC28600600V,QR谐振NCP1250650V, 固定频率控制同步buck DC/DC(48V/12V)LTC7800 60V, 带同步整流控制, 频率可达2.2MHz集成驱动的GaN控制芯片•GaN Systems的GaN HEMTs与大多数硅器件驱动芯片兼容•当驱动电压(V DD)高于+6V(推荐的GaN开通电压)时, 需要负压生成电路把V GS 转换成+6和-(V DD-6)V, 具体请参考第7页•建议V DD≤12V常用方案:集成驱动的GaN控制芯片–续上拓扑结构控制器备注LLC-适配器-充电器-平板显示器-工业电源NCP13992600V, 电流模式控制NCP1399600V,电流模式控制UCC256404600V, 优化burst mode, 低噪音和低待机功耗UCC256301600V, 混合滞环控制模式, 低待机功耗, 宽工作频率范围PFC-PC电源-家用电器-LED 驱动NCP1615 /NCP1616700V, 临界导通工作模式UCC28180频率可设置, 连续电流工作模式, 无需检测AC 高压PFC + LLC HR1203700V, 连续/断续电流多种功率因素校正控制模式, 死区可调及带有burst mode功能的LLC控制•GaN Systems的GaN HEMTs与大多数硅器件驱动芯片兼容•当驱动电压(V DD)高于+6V(推荐的GaN开通电压)时, 需要负压生成电路把V GS 转换成+6和-(V DD-6)V, 具体请参考第7页•建议V DD≤12V常用方案:驱动电路分类单管驱动隔离0V V GS(OFF)隔离单管驱动电路负V GS(OFF)EZDrive®使用分压电路数字隔离芯片+ 非隔离驱动芯片非隔离0V V GS(OFF)负V GS(OFF)EZDrive®半桥/全桥驱动隔离使用两个单管隔离驱动非隔离0V V GS(OFF)自举驱动负V GS(OFF)自举驱动+ EZDrive®GaN 并联应用GaN HEMT 并联的驱动电路单管GaN →隔离→0V VGS(OFF) →隔离单管驱动电路+VINGNDN C+VO0V 12458PWM VCC+5VDRAINSOURCEGATE9V ISO DC-DCVCC10u4.7u 4.7u0.1u1u2.2u 10010210k2VI GNDI ENVDD VO+GND31SI8271GB-IS65847VDDI VO-VDD_6VCM0.1u22pGNDON/OFF IN OUTBYP 13245LP2985AIM5-6.1/NOPBVDD_6V+9VISO3.3k+VIN GNDN C+VO0V 12458IN+VCC5V DRAINSOURCEGATE9V ISO DC-DCVCC10u4.7u 4.7u1u2.2u10010010kVDD6VCMGNDON/OFF IN OUTBYP 13245LP2985AIM5-6.1/NOPBVDD6V+9VISO2VDD1VIN-GND1VDD2VOUT GND231ADUM4121ARZ65847VIN+CLAMP 100IN-00.1u •在低电压，低功率，或对死区损耗敏感的应用中，可使用0V V GS(OFF)•如有需要，可应用共模电感以抑制噪声例一: 开通/关断通道互相独立的驱动电路(SI8271)例二: 开通/关断共通道的驱动电路(ADUM4121)+VINGNDN C+VO0V 12458PWM VCC+5VDRAINSOURCEGATE 9V ISO DC-DCVCC10u4.7u 4.7u0.1u1u10010210k2VI GNDI ENVDD VO+GND31SI8271AB-IS65847VDDI VO-CM0.1u22p3.3k+9V+9V10k47n5.6V 5.6V单管GaN →隔离→负V GS(OFF)→EZDrive®•负V GS 电压由图中47nF 电容提供•与自举电路兼容•应用范围1kW ~ 100kW•如有需要，可应用共模电感以抑制噪声例:SI8271 EZDrive ®电路(V GS =+6V/-3V)+VINGNDN C+VO0V 12458PWM VCC+5VVDDVEEDRAINSOURCEGATE9V ISO DC-DCVCC10u4.7u 4.7u 0.1u1u1u 10010210k2VI GNDI ENVDD VO+GND31SI8271AB-IS65847VDDI VO- 2.2k1k1u1u 5.8VVEEVDDCM0.1u22p3.3k单管GaN →隔离→负V GS(OFF)→使用分压电路•负V GS 电压由分压电路产生(5.8V 齐纳管和1kOhm 电阻)•可靠且易于PCB 布局•应用范围：1kW ~ 100kW•如有需要，可应用共模电感以抑制噪声例:带有分压电路的SI8271驱动电路(V GS =+6V/-3V)单管GaN →隔离→负V GS(OFF)→数字隔离芯片+ 非隔离驱动芯片•以兼容非隔离驱动芯片，提高驱动输出电流能力•大功率应用: 如电动汽车马达驱动，光伏逆变器等•如有需要，可应用共模电感以抑制噪声例: SI8610 (数字隔离芯片) + UCC27511(非隔离驱动芯片) (V GS =+6V/-6V)INHIBIN OUT GND1325LD2980ABM50TR+VINGNDN C+VO0V 124582VDD1NC GND1VDD2NC GND231SI8610BC-B-IS65847PWMVCC+5V5VISO5VISO+6VVDD 10u4.7u 4.7u1u 0.1u0.1u10010012V ISO DC-DCCM+6VDRAINSOURCEGATE11010k5GND IN-IN+OUTL OUTH VDD 16432UCC27511DBVR2.2k1k1u 1u6V-6V-6V-6V -6VGNDON/OFF IN OUTBYP 13245LP2985AIM5-6.1/NOPBPWMVDD+6V+6VDRAINSOURCEGATE1011010k1u2.2u4.7u5GND IN-IN+OUTLOUTH VDD 16432UCC27511DBVR单管GaN →非隔离→0V V GS(OFF)•单端应用(Class E, 反激, 推挽电路等)•或跟数字隔离器一起用于驱动高边浮地的开关管（如第11页所示）例:UCC27511驱动电路(V GS =+6V/0V)PWMVDD+9V+9VDRAINSOURCEGATE1011010k1u2.2u2.2u5GNDIN-IN+OUTLOUTHVDD16432UCC27511DBVRVIN VOUTGNDUA78L09AC10k47n5.6V5.6V单管→非隔离→负V GS(OFF)→EZDrive®•负V GS电压由47nF电容提供•与自举电路兼容•如有需要，可应用共模电感以抑制噪声例:UCC27511 驱动电路(VGS=+6V/-3V))更多关于GaN EZDrive®的信息, 请参考GN010: https:///半桥/全桥→0V V GS(OFF)→自举•小功率应用•选用低C J，反向恢复时间短的自举二极管例:NCP51820 自举驱动电路(V=+6V/0V)GS半桥/全桥→负V GS(OFF)→自举+ EZDrive®•负V GS电压由47nF电容提供•可通过外部驱动电阻调节开关速度来优化EMI•适用于小功率应用例:NCP51530 带有EZdrive®的自举驱动电路(V=+6V/-3V)GSGNDON/OFF IN OUTBYP 13245LP2985AIM5-6.1/NOPBPWMVDD+6V+6V1011010k1u2.2u4.7u5GND IN-IN+OUTL OUTH VDD 16432UCC27511DBVRDRAINSOURCE1111GATEGATE7HBHOH HS6LM5113HOL 34251091LOL LOHVDD VSS HI LI8101011VIN100k100kGGDDS S1u6VPWM1H PWM1L1u1uGND11111111GDDSS G 并联GaN HEMT 的驱动电路•并联GaN HEMTs 时, 需在门极和源极（Kelvin Source ）分别加一个1ohm 电阻(如下红色标示)例:UCC27511 非隔离驱动电路(V GS =+6V/0V)例:半桥自举驱动电路(V GS =+6V/0V)附录电压?▪什么时候需要负VGS(OFF)的关系▪关断损耗与VGS(OFF)▪V GS(OFF)与零电压开通临界值以及死区损耗的关系▪关断损耗与死区损耗之间的权衡什么时候需要负V GS(OFF)电压?▪负VGS(OFF)电压可增强噪声抗扰▪负VGS(OFF)电压可降低关断损耗，特别是在大电流情况下▪但是死区损耗随负VGS(OFF)电压的增大而增大(更多信息请参考应用手册GN001的第8页)▪选择VGS(ON)时，需权衡关断损耗和死区损耗。

氮化镓功率器件基础培训
培训分为三个部分：基础知识介绍、器件结构与制备、应用场景和前景展望。

在基础知识介绍部分，培训讲师向员工们介绍了氮化镓功率器件的基本概念、工作原理和特点。

他们解释了氮化镓的独特物理特性，如宽禁带能隙和高电子迁移率，这些特性使氮化镓器件能够在高功率和高频率条件下工作。

此外，他们还向员工们介绍了氮化镓功率器件在通信、雷达和电子设备等领域的广泛应用。

接下来的器件结构与制备部分，培训讲师详细介绍了氮化镓功率器件的结构和制备过程。

他们向员工们解释了氮化镓薄膜的生长技术，并介绍了常见的制备方法，如金属有机化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延（MBE）。

他们还指出了器件制备过程中需要注意的问题，如材料总磊晶质量、界面状态和杂质等。

最后，培训讲师介绍了氮化镓功率器件的应用场景和前景展望。

他们向员工们列举了氮化镓功率器件在电力电子转换、光通信和无线通信等领域的应用案例，并强调了氮化镓功率器件在未来的发展前景。

他们预测，在新能源、智能电网和电动汽车等领域的快速发展下，氮化镓功率器件将拥有更广阔的市场空间。

整个培训过程中，培训讲师采用了多媒体演示和互动讨论的方式，使员工们能够更好地理解和掌握所学知识。

培训结束后，公司为每个参与培训的员工提供了培训材料和学习指导，以进一步加强他们对氮化镓功率器件的理解和应用能力。

通过这次基础培训，员工们对氮化镓功率器件有了更深入的了解，并为将来的工作提供了坚实的基础。

公司相信，通过不断的培训和学习，员工们将能够更好地应用氮化镓功率器件，推动公司在相关领域的发展。