← 返回
全垂直式GaN-on-SiC沟槽MOSFET
Fully-Vertical GaN-on-SiC Trench MOSFETs
| 作者 | Jialun Li · Renqiang Zhu · Ka Ming Wong · Kei May Lau |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2024年12月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | SiC器件 GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 垂直GaN-on-SiC沟槽MOSFET 导电AlGaN缓冲层 导通性能 击穿电压 电流拥挤效应 |
语言:
中文摘要
本文首次展示了由导电 AlGaN 缓冲层实现的全垂直型碳化硅基氮化镓沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。该器件展现出良好的导通状态性能，包括 2.43 kA/cm² 的最大漏极电流密度和 5 V 的高阈值电压。在低 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">${\boldsymbol {V}}_{\text {DS}}$ </tex-math></inline-formula> 下相对较高的比导通电阻是由尚未优化的 AlGaN/碳化硅异质结所引起的膝电压导致的。测得该器件的击穿电压为 334 V。与准垂直型硅基氮化镓沟槽 MOSFET 相比，全垂直型碳化硅基氮化镓沟槽 MOSFET 的电流拥挤效应更小，并且在高温下性能更优。
English Abstract
This letter presents the first demonstration of fully-vertical GaN-on-SiC trench MOSFETs enabled by a conductive AlGaN buffer. Good ON-state device performance including a maximum drain current density of 2.43 kA/cm2 and a high threshold voltage of 5 V has been demonstrated. The relatively high specific ON-resistance at low {V}_ DS is a result of a knee voltage induced by the yet to be optimized AlGaN/SiC heterojunction. A breakdown voltage of 334 V has been measured. Compared with quasi-vertical GaN-on-silicon trench MOSFETs, less current crowding effect is observed for fully-vertical GaN-on-SiC trench MOSFETs, as well as a better performance at elevated temperatures.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项全垂直GaN-on-SiC沟槽MOSFET技术具有重要的战略意义。该器件实现了2.43 kA/cm²的高电流密度和5V的高阈值电压，这对于我们的光伏逆变器和储能变流器产品具有直接价值。高阈值电压意味着更强的抗干扰能力和更高的系统可靠性，这在大功率应用场景中至关重要。
该技术的核心优势在于全垂直结构配合SiC基底，相比传统的准垂直GaN-on-Si方案，显著降低了电流拥挤效应，并在高温环境下表现出更优异的性能稳定性。这对于我们在沙漠、热带等极端气候条件下部署的光伏电站和储能系统具有实际意义，可有效提升系统的温度适应性和长期可靠性。334V的击穿电压虽然目前尚不足以直接应用于我们的中高压产品线，但已展现出良好的技术潜力。
然而，该技术仍处于早期验证阶段，存在明显的优化空间。论文指出的AlGaN/SiC异质结引起的膝点电压导致低压区导通电阻偏高，这会直接影响器件的效率表现。对于阳光电源追求的99%以上系统效率目标，这一问题需要重点关注。
从战略布局角度，建议持续跟踪该技术路线的发展。GaN-on-SiC结合了GaN的高频特性和SiC的散热优势，契合我们高功率密度、高效率产品的发展方向。可考虑在新一代800V/1500V光伏逆变器和大功率储能PCS中预研该技术，同时关注其成本下降曲线和工艺成熟度提升进程。