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功率器件技术 SiC器件 GaN器件 ★ 4.0

一种基于电荷分析的常关型p-GaN/AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管漏极电流模型

An Analytical Charge-Based Drain Current Model for Normally-off p-GaN/AlGaN/GaN HEMTs

作者 Nadim Ahmed · Azwar Abdulsalam · Sudhiranjan Tripathy · Gourab Dutta
期刊 IEEE Transactions on Electron Devices
出版日期 2025年4月
技术分类 功率器件技术
技术标签 SiC器件 GaN器件
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 p-GaN/AlGaN/GaN HEMTs 漏极电流模型 二维电子气 实验验证 Gummel对称性测试
语言:

中文摘要

本文提出了一种基于物理的常开型 p - GaN/AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT)漏极电流解析模型。该核心模型尚属首次提出,它源自二维电子气(2DEG)的统一函数,涵盖了器件的所有工作区域。所提出的漏极电流模型通过我们的实验数据以及现有文献中涵盖广泛器件参数、各种栅极和漏极偏置条件下的结果进行了严格验证。值得注意的是,所提出的漏极电流模型无需进行数值求解,并且其基于物理的建模方法减少了参数数量。此外,该漏极电流模型符合标准的贡贝尔对称性测试。

English Abstract

This article presents a physics-based analytical model for the drain current of normally-off p-GaN/AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs). The core model, the first of its kind, is derived from a unified function of 2-D electron gas (2DEG), encompassing all operational regions of the device. The proposed drain current model is rigorously validated against our experimental data and with results from the existing literature covering a broad spectrum of device parameters and a wide range of gate and drain biases. Notably, the presented drain current model eliminates the necessity for numerical solutions, and its physical approach results in a reduced set of parameters. Moreover, this drain current model is in compliance with the standard Gummel symmetry test.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇关于常关型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT器件漏极电流解析模型的研究具有重要的战略意义。GaN功率器件凭借其高开关频率、低导通电阻和优异的热性能,正成为光伏逆变器和储能变流器等核心产品的关键技术突破点。

该研究提出的基于物理机制的二维电子气(2DEG)统一函数模型,首次实现了覆盖器件全工作区域的解析化建模,无需数值求解,这对我们的产品设计具有直接价值。在逆变器和储能系统的电路仿真与优化中,精确而高效的器件模型能够显著缩短开发周期,提升系统效率预测的准确性。特别是该模型参数精简且符合Gummel对称性测试标准,意味着更容易集成到SPICE等电路仿真平台,降低了工程应用门槛。

对于阳光电源当前重点发展的高功率密度逆变器和大容量储能系统,常关型GaN器件的本质安全特性与高频化能力能够帮助实现更紧凑的系统设计和更高的转换效率。该模型的物理准确性有助于我们更好地理解器件在宽电压、宽温度范围下的行为特性,这对提升产品在复杂工况下的可靠性至关重要。

然而,该技术目前仍处于学术研究阶段,从模型到实际产品应用还需要考虑工艺一致性、长期可靠性验证以及成本控制等工程化挑战。建议我们的研发团队持续跟踪GaN器件建模技术的进展,适时开展与学术机构的合作,为下一代高性能功率变换产品储备核心技术能力。