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关于GaN基HEMT中动态-QOSS与动态-RON相关性的研究
On the Correlation Between Dynamic-QOSS and Dynamic-RON in GaN-Based HEMTs
| 作者 | Marcello Cioni · Alessandro Chini · Giacomo Cappellini · Giovanni Giorgino · Maurizio Moschetti · Cristina Miccoli |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年8月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 动态Q_OSS 动态R_ON 相关性 测量设置 |
语言:
中文摘要
在本简报中，我们研究了650 V封装的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的动态 $Q_{\text {OSS}}$ 与动态 $R_{\text {ON}}$ 之间的相关性。为此，我们提出了一种新颖的测量装置，用于评估传统开关模式操作期间这两个参数的实时演变。在 $V_{\text {DS}} = 200$ V 下进行的测量表明，动态 $R_{\text {ON}}$ 和动态 $Q_{\text {OSS}}$ 呈现出相似的指数瞬态和时间常数，这可能是由GaN缓冲层中与碳相关的受主电离所导致的。对于 $Q_{\text {OSS}}$ 和 $R_{\text {ON}}$ ，我们观察到了相同的激活能（$E_{\text {A}}$），这表明它们的漂移与相同的物理机制有关。我们还在不同的 $V_{\text {DS}}$ 电平下进行了表征，结果表明，所观察到的相关性在高达520 V的整个范围内均成立。
English Abstract
In this brief, we investigate the correlation between dynamic- Q_ OSS and dynamic- R_ ON of 650-V packaged AlGaN/GaN high-electron-mobility transistors (HEMTs). To this end, a novel measurement setup is proposed to evaluate the on-the-fly evolution of both parameters during conventional switch-mode operations. The measurements performed at V_ DS =200 V show that the dynamic- R_ ON and dynamic- Q_ OSS present similar exponential transients and time constants, potentially explained by the ionization of C-related acceptors in the GaN buffer. The same activation energy ( E_ A ) has been observed for both Q_ OSS and R_ ON , suggesting that their drifts are related to the same physical mechanism. The characterization has also been performed at different V_ DS levels, indicating that the observed correlation holds in the entire range up to 520 V.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项关于GaN HEMT器件动态特性关联性的研究具有重要的工程应用价值。GaN功率器件凭借其高开关频率、低导通损耗等优势，已成为我司新一代光伏逆变器和储能变流器的核心技术路线。
该研究揭示了动态导通电阻（Dynamic-RON）与动态输出电荷（Dynamic-QOSS）之间的强相关性，两者呈现相似的指数瞬态特性和时间常数，且具有相同的激活能。这一发现对我司产品设计具有三方面价值：首先，在逆变器开关频率不断提升（目前已达100kHz以上）的趋势下，动态参数漂移直接影响效率和可靠性，理解其物理机制有助于优化开关策略和热管理设计；其次，该研究提供的测试方法可用于供应链器件筛选，确保GaN器件在实际工作条件下的一致性；第三，相关性的确立使我们能够通过单一参数监测预测器件整体性能退化，简化系统级诊断。
从技术成熟度看，研究针对650V商用封装器件，测试覆盖200-520V范围，与我司组串式逆变器（直流侧600-1500V）和储能PCS（电池侧应用）的工况高度契合。然而，研究指出的GaN缓冲层碳相关受主离化机制，提示我们需关注长期可靠性问题，特别是在高温、高湿的户外光伏应用场景中。
建议我司技术团队与器件供应商深化合作，将动态特性评估纳入选型标准，并在IGBT向GaN技术迁移过程中，充分考虑动态参数对系统效率和EMI特性的综合影响，确保技术领先优势。