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不同偏置条件下AlGaN/GaN HEMT的单粒子效应
Single-Event Effects of AlGaN/GaN HEMTs Under Different Biases
| 作者 | Ling Lv · Changjuan Guo · Muhan Xing · Xuefeng Zheng · Yanrong Cao · Peipei Hu |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年3月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | AlGaN/GaN HEMT器件 单粒子效应 关态 重离子辐射 器件损伤 |
语言:
中文摘要
本文从实验和TCAD仿真两方面系统研究了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件在关态、半开态和开态下的单粒子效应(SEEs)。实验结果表明,重离子辐射对处于关态的器件造成的损伤最为严重。随着漏源电压的增加,可观察到单粒子效应引发的无损伤、漏电退化和灾难性失效三个区域。仿真结果显示,关态下的峰值电场最大,且在高电压偏置下电流收集现象更为显著,这进一步证实了关态下单粒子效应的严重性。研究表明,关态下的高单粒子瞬态电流会对器件造成永久性损伤,导致器件漏电流增加。
English Abstract
The single-event effects (SEEs) of AlGaN/GaN HEMT devices under off-state, semi-on-state, and on-state are systematically investigated from experiments and TCAD simulations. Experimental results show that heavy ion radiation causes the most serious damage to the devices under the off-state. Three regions of nondestructive, leakage degradation, and catastrophic failures induced by SEE are observed as drain-to-source voltage increases. The simulation results show that the peak electric field is largest under the off-state and the current collection is more significant at high-voltage bias, further confirming the severity of the SEE in the off-state. It has been shown that high single-event transient currents under the off-state can cause permanent damage to the device, leading to an increase in device leakage current.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务角度来看,这项关于AlGaN/GaN HEMT器件单粒子效应的研究具有重要的战略意义。GaN功率器件凭借其高频、高效、高功率密度特性,已成为我们新一代光伏逆变器和储能变流器的核心技术方向,但其在极端环境下的可靠性一直是工程应用的关键考量。
该研究系统揭示了GaN HEMT在不同偏置状态下对重离子辐射的响应机制,特别指出关断状态下器件最易受损。这一发现对我们的产品设计具有直接指导价值:在高海拔光伏电站、航天级储能系统等高辐射环境应用中,需重点关注器件关断期间的防护设计。研究发现的三个失效区域——非破坏性、漏电退化和灾难性失效,为我们建立器件选型和系统冗余设计标准提供了科学依据。
从技术成熟度评估,该研究结合了实验验证和TCAD仿真,方法论完善,但距离工程化应用仍需开展产品级验证。对阳光电源而言,机遇在于可基于此研究成果开发差异化的高可靠性产品,特别是针对特殊应用场景(如高原电站、空间电源)的定制化解决方案。技术挑战主要体现在:如何在不显著增加成本的前提下实现有效的单粒子效应防护,以及如何将器件级研究成果转化为系统级可靠性提升。
建议我们的研发团队深化与该领域研究机构的合作,将单粒子效应防护技术纳入下一代GaN功率模块的设计规范中,同时在极端环境项目中积累实测数据,形成自主的可靠性评估体系,巩固我们在高端市场的技术领先优势。