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适度掺杂接触层对用于微波整流的AlGaN/GaN栅控阳极二极管击穿电压的影响
Impact of a Moderately Doped Contact Layer on Breakdown Voltage in AlGaN/GaN Gated-Anode Diodes for Microwave Rectification
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 微波无线电能传输 门控阳极二极管 击穿电压 掺杂浓度 高功率密度 |
语言:
中文摘要
我们制造了一种采用 AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅控阳极二极管,用作 5.8 GHz 频段微波无线电力传输(WPT)系统中的整流装置。为了提高击穿电压并使器件能够处理高功率,我们提出了一种适度掺杂的接触层,并全面研究了其对器件性能的影响。我们证实,适度掺杂有助于耗尽,即使在栅极与接触间距较短的情况下也能实现高击穿电压。然而,也观察到了接触电阻增加以及随之而来的正向电流下降等不利影响。通过优化掺杂浓度,我们成功提高了击穿电压,同时抑制了电流下降,实现了 7.0 W/mm 的高功率密度。
English Abstract
We fabricated a gated-anode diode employing an AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) to serve as a rectification device in a 5.8-GHz band microwave wireless power transmission (WPT) system. To enhance the breakdown voltage and enable the devices to handle high power, a moderately doped contact layer was proposed and its impact on device performance was comprehensively investigated. We confirmed that medium doping facilitated depletion, achieving high breakdown voltage even with a short gate-to-contact spacing. However, an increase in contact resistance and a consequent decrease in forward current were observed as adverse effects. By optimizing the doping concentration, we successfully enhanced the breakdown voltage while suppressing the current drop, achieving a high-power density of 7.0 W/mm.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于AlGaN/GaN材料的栅极阳极二极管技术具有重要的战略参考价值。该研究针对5.8GHz微波无线电力传输系统开发的整流器件,通过优化掺杂浓度实现了7.0 W/mm的高功率密度,这一技术路径与我们在高效能量转换领域的核心需求高度契合。
从光伏逆变器和储能变流器的角度分析,GaN基功率器件代表了下一代电力电子技术的发展方向。该研究通过引入中等掺杂接触层,在保持高击穿电压的同时有效控制了接触电阻上升的负面效应,这种优化思路对我们开发高频、高效、高功率密度的逆变器产品具有借鉴意义。特别是在储能系统的双向变流器应用中,提升器件的耐压能力和降低开关损耗是关键技术瓶颈。
该技术在微波无线电力传输场景的应用也值得关注。随着分布式光伏、离网储能等场景的拓展,无线电力传输可能成为特殊应用场景(如光伏组件级监控设备供电、储能系统无线通信模块)的补充技术方案。
然而,技术成熟度方面仍存在挑战:GaN器件的制造成本较高,大规模量产的良率控制需要突破;从5.8GHz微波整流到工业级电力电子应用(通常数十至数百kHz)的技术迁移需要系统性验证;长期可靠性数据尚需积累。建议我们持续跟踪GaN功率器件技术进展,在新一代高频光储变流器预研中进行技术储备,同时评估与国内GaN产业链的合作可能性。