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GaN-MISHEMT中二维电子气调制的本征限制
Intrinsic Limitation of 2DEG Modulation in GaN-MISHEMT
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年1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 | GaN - MISHEMT 势垒层 沟道电荷密度 器件参数 电荷饱和 |
语言:
中文摘要
本文提出了氮化镓金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管（GaN - MISHEMT）中势垒层的解析模型，该模型预测了沟道电荷密度存在限制，即在高栅极电压下沟道电荷密度有望达到一个渐近值，这一特性此前尚未有报道。我们发现，这种特性对诸如铝镓氮（AlGaN）势垒层厚度、组分以及极化诱导电荷密度等器件参数极为敏感。文中提出了量子阱（QW）中电荷饱和的明确关系式，可用于优化GaN - MISHEMT的结构。
English Abstract
This article presents an analytical model of the barrier layer in GaN-MISHEMT that predicts a limitation of the channel charge density that is expected to reach an asymptotic value under high gate voltages, a feature that was not reported before. We find that this behavior is very sensitive to the device parameters such as the AlGaN barrier thickness, composition, and polarization-induced charge density. Explicit relationships for charge saturation in the quantum well (QW) are proposed and can be used to optimize GaN-MISHEMT architectures.
S
SunView 深度解读
从阳光电源功率变换系统的核心需求来看，这篇关于GaN-MISHEMT器件二维电子气调制极限的研究具有重要的技术指导意义。该研究揭示了AlGaN/GaN异质结构中沟道电荷密度在高栅压下趋于饱和的内在物理机制，这直接关系到我们在光伏逆变器和储能变流器中应用的GaN功率器件的性能边界。
对于阳光电源而言，这项研究的价值体现在三个层面：首先，论文提出的解析模型能够帮助我们更精准地理解GaN器件在极端工作条件下的电流承载能力上限，这对于逆变器在高功率密度场景下的可靠性设计至关重要。其次，研究明确了AlGaN势垒层厚度、铝组分和极化电荷密度等参数对沟道电荷饱和特性的敏感性，为我们与上游芯片供应商的技术对接提供了量化指标，有助于定制化开发适配1500V及以上高压系统的GaN器件。第三，该模型可指导我们优化栅极驱动策略，避免在饱和区无效驱动造成的开关损耗增加。
从技术成熟度评估，该研究仍处于器件物理层面的基础建模阶段，距离工程化应用尚需跨越材料工艺稳定性和成本控制两大挑战。但考虑到GaN技术在提升系统效率（目标99%以上）和功率密度方面的显著优势，建议我们的中央研究院跟踪该领域进展，适时启动基于电荷饱和特性的器件选型标准研究，为下一代高频化、小型化逆变器平台预留技术储备，巩固在组串式逆变器和工商业储能系统的技术领先地位。