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高温高频关态应力对AlGaN/GaN HEMT器件陷阱演化的影响
Effect of the High-Temperature and High-Frequency Off-State Stresses on the Evolution of Traps in AlGaN/GaN HEMTs
| 作者 | Fengyi Li · Juan Xue · Xu Hou · Aoran Fan · Yufeng Zhang · Fanyuan Zhang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年9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 | 光电联合测量技术 器件陷阱 高温应力 表面态陷阱 器件性能优化 |
语言:
中文摘要
本文通过光电联合测量技术，研究了器件陷阱在高温、高频关态电应力下的演变过程及其精确位置。瞬态电流分析揭示了四种不同类型陷阱的存在。具有微秒级时间常数的陷阱在高温应力下呈现出显著的演变。高温条件还会导致表面态陷阱出现预填充现象，从而使器件的开态电流持续减小。实验结果将有助于优化器件性能。
English Abstract
Through photoelectric combined measurement technology, this article investigates the evolution and precise locations of device traps under high-temperature and high-frequencyoff-state electrical stress. The transient current analysis reveals the existence of four different types of traps. The trap with a microsecond-range time constant exhibits significant evolution under high-temperature stress. High-temperature conditions also lead to the prefilling phenomenon of surface state trap, leading to a continuous decrease in the device’son-state current. The experimental results will contribute to the optimization of device performance.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项关于GaN HEMT器件陷阱演化机制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、低损耗特性，已成为我们新一代光伏逆变器和储能变流器的核心技术路径。该研究通过光电联合测量技术揭示了器件在高温高频断态应力下的陷阱演化规律，直接关系到产品的长期可靠性。
研究发现的微秒级时间常数陷阱在高温下的显著演化，以及表面态陷阱预填充导致的导通电流持续下降现象，为我们解决实际应用中的关键痛点提供了理论依据。在光伏逆变器领域，设备常年工作在高温环境且需承受频繁的功率波动，这种工况恰好对应研究中的高温高频应力条件。陷阱效应导致的器件性能退化会直接影响系统效率和使用寿命，这对追求25年以上运行周期的光伏电站至关重要。
该研究的价值在于为器件筛选和系统设计提供了精确的失效预测模型。我们可以据此优化功率模块的热管理设计，调整开关频率策略，或在器件封装层面采取针对性的钝化工艺改进。对于储能变流器产品，这项研究有助于提升在高倍率充放电循环下的可靠性表现。
从技术成熟度看，该研究仍处于机理探索阶段，将实验室发现转化为工程解决方案需要跨越材料改性、工艺优化等多个环节。建议与上游GaN器件供应商建立联合攻关机制，将陷阱抑制技术纳入定制化器件开发路线图，这将成为我们在高功率密度产品竞争中的差异化优势。