Benedikt Kohlhepp · Daniel Breidenstein · Niklas Stöcklein · Thomas Dürbaum 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年9月

由于低导通电阻和快速开关特性，GaN-HEMT在高效功率变换器中具有广阔前景。然而，半导体结构中的电荷捕获效应会导致器件参数退化，除导通电阻恶化外，还引发阈值电压漂移，进而影响开关行为、增加损耗，并可能导致米勒自开启。数据手册通常未提供该效应的详细信息，设计者需自行测量。温度、漏极与栅极偏置及开关条件等多种因素影响电荷捕获，其时间常数从微秒至小时量级不等。为此，本文基于常规电力电子实验室设备，提出一种低成本、贴近实际应用工况的阈值电压测试方案。器件工作于硬开关或软开关模式，通过短时中断运行进行阈...

解读: 该GaN-HEMT阈值电压漂移测试技术对阳光电源功率器件应用具有重要价值。研究揭示硬开关下阈值电压漂移达1V（初始1.1V），直接影响ST储能变流器和SG光伏逆变器的开关损耗与可靠性。测试方法可应用于：1）ST系列储能PCS的GaN器件选型与驱动参数优化，避免米勒自开启风险；2）1500V光伏系统中...

Sheng Lei Zhao · Bin Hou · Wei Wei Chen · Min Han Mi 等8人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2016年2月

本文通过研究关断状态漏电流和击穿曲线，分析了GaN HEMT的击穿特性表征方法。研究发现，在七种常规击穿曲线中，仅有两种能通过传统三端击穿表征方法合理呈现，并针对其余五种击穿类型进行了深入探讨。

解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化充电桩领域对功率密度要求的不断提升，GaN器件的应用成为关键技术趋势。本文提出的击穿特性表征方法，对于优化阳光电源功率模块的选型、提升高频变换器的可靠性设计具有重要参考价值。建议研发团队将此表征方法引入GaN器件的入库测试与失效分析流程中，以更精准地评估器件在极端...

Rahil Samani · Ignacio Galiano Zurbriggen · Ruoyu Hou · Juncheng Lu 等5人 · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年1月

氮化镓增强型高电子迁移率晶体管（e - HEMT）在将效率提升至可能的极致方面表现卓越。随着功率密度按需增加且效率趋近饱和点，对半导体可靠性和热管理的担忧也日益加剧。本文聚焦于基于氮化镓的两级功率因数校正（PFC） - LLC 变换器，这是自然冷却消费电子产品中常见的一种拓扑结构，并探索解决其热瓶颈问题的方案。本文提出了一种平衡热网络，该网络通过精确的与温度相关的损耗表征将热域和电域相互连接而建立。然后将这些损耗模型应用于功率变换器的热网络中。此外，主要在元件级研究中发展起来的热耦合概念被拓展到...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于GaN器件的PFC-LLC变换器热管理优化技术具有重要的战略价值。该研究针对自然冷却条件下的功率变换系统，提出了系统级热-电耦合网络模型和多目标优化框架，这与我司在光伏逆变器和储能变流器产品中追求高功率密度、高可靠性的技术路线高度契合。 GaN器件的应用是我司下一...

View Document · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年5月

本文试图揭示一种用于高频光探测与测距（LiDAR）应用中控制激光源的高效激光驱动器。具体的激光雷达要求包括20 MHz的激光重复频率、10 ns的脉冲持续时间以及50 W的瞬时功率。用于自动驾驶车辆的激光雷达的功率效率至关重要，其总输入功率应控制在15 W以内。为提高功率效率，本文提出了一种半桥脉冲激光驱动器，其高端采用耗尽型氮化镓（D 型 GaN）晶体管，低端采用增强型（E 型）GaN 晶体管。此外，还针对 D 型 GaN 晶体管引入并分析了一种高端栅极驱动器，由于不存在体二极管效应，该驱动器...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，该论文提出的互补型GaN HEMT高频脉冲驱动技术具有重要的参考价值和技术延伸意义。虽然研究聚焦于激光雷达应用，但其核心技术路径与我司在高频功率变换领域的技术需求高度契合。 该技术的关键创新在于采用耗尽型GaN（D-mode）与增强型GaN（E-mode）构成的半桥拓扑，...

Kaiyuan Zhao · Hao Lu · Xiaoyu Cheng · Meng Zhang 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年3月

高电子迁移率晶体管的先进 SPICE 模型（ASM - HEMT）是基于氮化镓（GaN）的高电子迁移率晶体管（HEMT）的行业标准模型之一，该模型中仍缺乏对器件内部物理特性分布的解析模型，特别是缺乏可与漏极电流（$I_{DS}$）和栅极电荷（$Q_{G}$）相关联的横向电场（$E_{X}$）和载流子浓度（$n_{S}$）分布模型。此外，ASM - HEMT 中饱和区工作状态的建模依赖于无物理意义的经验参数。在本研究中：1）计算作为饱和区建模核心参数的有效栅长（$L_{G,eff}$），以描述 H...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这篇关于T栅GaN HEMT改进紧凑模型的研究具有重要的战略价值。GaN功率器件是新一代光伏逆变器和储能变流器的核心技术，直接影响系统的功率密度、转换效率和可靠性。 该研究针对ASM-HEMT工业标准模型的不足，提出了基于有效栅长的改进方案，这对阳光电源的产品开发具有三方...

Peng Huang · Matthew D. Smith · Michael J. Uren · Zequan Chen 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年6月

采用高达 +600 V 的正衬底偏压，对额定电压为 650 V 的氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）中的电荷输运进行了研究。正衬底偏压导致沟道电流减小，这归因于缓冲层中存储了负电荷，使得二维电子气（2DEG）沟道密度降低了超过 50%。通过在衬底偏压应力后测量恢复瞬态，研究了累积电荷的动力学特性，当衬底应力偏压 > +200 V 时，恢复时间超过 1000 秒。在正衬底偏压应力之后，立即施加短时间的负衬底偏压，可显著缩短恢复时间。本文给出了全面的解释，这需要详细了解外延层叠结构中各层...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于GaN HEMT器件在正衬底偏压下电荷传输特性的研究具有重要的工程应用价值。GaN功率器件凭借其高开关频率、低导通损耗和高功率密度特性，已成为我司光伏逆变器和储能变流器产品实现高效率、小型化的关键技术路径。 该研究揭示的正衬底偏压导致沟道电流下降、二维电子气密度降...

Kaushik Shivanand Powar · Venkata Komalesh Tadepalli · Vaidehi Vijay Painter · Raphael Sommet 等6人 · Solid-State Electronics · 2025年8月 · Vol.227

摘要 本文采用TCAD仿真方法，报道了在碳化硅（SiC）、硅（Si）和蓝宝石衬底上的AlGaN/GaN和InAlN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）的最大、有效和平均热阻（RTH）。在验证了仿真的I-V特性之后，通过自加热（SH）引起的沟道温度升高（ΔT）随耗散功率（PD）变化的关系曲线提取热阻RTH。最大热阻（RTHmax）决定了HEMT在较高功耗下的可靠性，因此提取了沟道峰值温度（Tmax）。将仿真的ΔTmax-PD曲线与文献中每种HEMT结构的结果进行了比较。所估算的RTHmax与已...

解读: 该GaN HEMT热阻分析技术对阳光电源功率器件应用具有重要价值。研究揭示SiC基底GaN器件具有最优热管理性能,可指导SG系列光伏逆变器和ST储能PCS的功率模块设计优化。通过精确区分最大、有效和平均热阻,能提升三电平拓扑中GaN/SiC器件的可靠性评估精度,优化散热设计裕量。该TCAD仿真方法可...

Seokjun Kim · Daniel C. Shoemaker · Anwarul Karim · Husam Walwil 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2024年12月

基于氮化镓（GaN）的射频（RF）功率放大器凭借其在高频下的大功率处理能力和高功率附加效率，正引领着下一代无线系统的部署。遗憾的是，这种高功率密度运行会导致严重过热，从而缩短其使用寿命并降低效率。因此，准确表征温度上升对于合理设计氮化镓器件和冷却解决方案至关重要。基于光学的测温技术，如拉曼测温法和红外（IR）热成像法，通常用于估算峰值温度上升，但它们受到光学通路、顶部金属化以及深度平均效应的限制。栅极电阻测温法（GRT）提供了一种无需对沟道进行光学访问即可测量温度的替代方法。因此，在这项工作中，...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于GaN HEMT器件热管理测温技术的研究具有重要的战略价值。氮化镓功率器件凭借其高频、高功率密度和高效率特性，正成为我们新一代光伏逆变器和储能变流器的核心功率开关器件。然而，高功率密度运行带来的散热挑战直接影响系统可靠性和使用寿命，这正是制约GaN器件在大功率应用中...

Haoran Zhang · Jing Ning · Shiyu Li · Xue Shen 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2025年10月

在氮化物异质外延中，晶格失配和热应力不可避免地会导致位错增殖和缺陷形成，从而严重降低器件的可靠性。在本文中，我们展示了通过范德瓦尔斯外延在二维高质量氮化硼（h - BN）材料上实现氮化物异质结结构的高质量外延生长。此外，利用氮化硼的超宽带隙特性，其在制备的金属 - 绝缘体 - 半导体高电子迁移率晶体管（MIS - HEMT）中还可作为栅极电介质。缓冲层辅助异质结构与超宽带隙氮化硼电介质的综合优势使栅极泄漏电流降低了 $10^{{3}}$ 倍。此外，所提出的器件展现出 $10~^{\mathbf ...

解读: 从阳光电源功率器件应用角度来看，这项基于范德华外延和BN插入层的AlGaN/GaN HEMT技术展现出显著的战略价值。该技术通过二维六方氮化硼(h-BN)作为缓冲层和栅介质，有效解决了传统氮化物异质外延中晶格失配和热应力导致的位错增殖问题，这直接关系到我司光伏逆变器和储能变流器中功率器件的长期可靠性...

Yijun Shi · Dongsheng Zhao · Zhipeng Shen · Lijuan Wu 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年8月

本工作系统研究了肖特基栅 p - GaN 高电子迁移率晶体管（HEMT）在不同栅极和漏极偏置条件下的静电放电（ESD）鲁棒性。在高 $V_{\text {DS}}$（$\ge 40$ V）条件下，栅极端的 ESD 鲁棒性严重受损，此时协同的高电压/电流会引发热失控，造成不可逆损坏。在 $V_{\text {DS}} = 5$ - 30 V 时，以陷阱为主导的 $V_{\text {TH}}$ 漂移（最高达 0.68 V）与 $1200\times N_{\text {it0}}$ 的增加相关，且...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于肖特基栅p-GaN HEMT静电放电（ESD）鲁棒性的研究具有重要的工程应用价值。GaN功率器件凭借其高频、高效、高功率密度特性，正逐步成为光伏逆变器和储能变流器等核心产品的关键技术方向，而ESD可靠性是制约其大规模应用的关键瓶颈。 该研究系统揭示了p-GaN H...

Fengyi Li · Juan Xue · Xu Hou · Aoran Fan 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年10月

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。

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...

Eduardo Canga Panzo · Nilton Graziano · Eddy Simoen · Maria Glória Caño de Andr · Solid-State Electronics · 2025年10月 · Vol.228

摘要 本研究探讨了源漏串联电阻（RSD）对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）的影响。首先，分析了RSD在具有不同几何结构（栅长和栅宽；Lg和W）的器件中的作用，以及在尺寸相同但采用不同栅金属制备工艺制造的器件中的差异。随后，评估了RSD对若干关键电学参数的影响，包括载流子迁移率（μn）、有效迁移率（μeff）、场效应迁移率（μFE）、漏极电流（Id）、输出电导（gd）、跨导（gm）、阈值电压（VT）以及亚阈值斜率（S）。结果表明，RSD在栅长Lg较小、栅宽W较大的晶体管中趋于降低...

解读: 该GaN HEMT源漏串联电阻研究对阳光电源功率器件应用具有重要价值。研究揭示降低RSD可显著提升载流子迁移率、跨导和漏极电流,同时优化阈值电压,这直接指导我们SG系列光伏逆变器和ST储能变流器中GaN器件的选型与优化。通过优化栅极金属工艺和沟道几何结构降低RSD,可提升三电平拓扑开关性能,降低导通...

Gain GBW: · Journal of Materials Science: Materials in Electronics · 2025年9月 · Vol.36.0

温度对用于高功率应用的高频AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的性能和可靠性具有重大影响。尽管已有大量研究，但这些器件在宽温度范围内的多偏置行为仍缺乏充分理解。本研究通过从-40℃到150℃的温度范围内系统地分析直流特性、静电特性、非线性特性以及模拟/射频参数，填补了这一空白。通过对导通态与截止态电流、亚阈值特性、跨导（gm）及其导数，并结合三阶互调失真（IMD3）、1 dB压缩点（1-dB CP）和总谐波失真（THD）等参数进行评估，同时考察增益（Av）和栅极-漏极电容（Cgd）等...

解读: 该GaN HEMT温度特性研究对阳光电源功率器件应用具有重要价值。研究揭示的-40至150℃宽温范围内跨导、非线性失真(IMD3/THD)及射频性能退化规律,可直接指导ST系列PCS和SG逆变器中GaN器件的热管理设计与多工况优化。特别是温升导致的开态电流下降、关态漏电增加特性,为三电平拓扑的开关损...

Chengzhi Xu · Peiyuan Fu · Xufeng Liao · Zhangming Zhu 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年4月

凭借优异品质因数(FOM),氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)目前在兆赫兹开关频率、高功率密度和效率的开关电源(SMPS)应用中发挥关键作用。但反向导通期间频率相关死区时间损耗显著降低转换效率。反向导通还增加自举(BST)电压过充风险。提出基于预测VSW检测的死区时间优化技术(DOT),可有效消除反向导通。与需要多个周期确定最优死区时间的传统方法不同,该DOT可在宽VIN范围(24-48V)和负载电流(0.1-6A)实时实现最优死区时间。测试芯片采用0.18μm双极-CMOS-DMOS...

解读: 该GaN实时死区时间优化驱动技术对阳光电源GaN功率器件应用有重要优化价值。预测VSW检测DOT可应用于ST储能变流器和SG光伏逆变器的GaN模块,提高效率并降低死区损耗。实时优化技术对阳光电源高频开关电源产品的智能化驱动有借鉴意义。4.3%效率提升对户用储能系统和车载电源的能量转换性能有显著改善作...

Cheng-Hsien Lin · Chien-Hung Yeh · Po-Hsun Chen · Ting-Chang Chang 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年1月

本研究聚焦于D模式氮化镓基金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管（MIS - HEMT）实际运行过程中出现的异常击穿问题。测量统计结果显示，体浮空器件的击穿电压（ ${V}_{\text {BD}}\text {)}$ 达到1653 V；然而，体接地器件在1161 V时就发生了早期击穿。通过高温反向偏置（HTRB）退化机制，发现由于体接触导致沟道层能带存在差异。实验结果表明，该现象与漏致势垒降低（DIBL）相对应，导致沟道提前开启。技术计算机辅助设计（TCAD）仿真表明，与体浮空状态相比，体接地...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于GaN基MIS-HEMT器件绝缘层击穿机理的研究具有重要的工程应用价值。GaN功率器件凭借其高频、高效、高功率密度特性，正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，直接影响系统的功率密度提升和成本优化。 该研究揭示的体接地耦合效应对我们的产品设计具有关键...

Amit Bansal · Rijo Baby · Aniruddhan Gowrisankar · Vanjari Sai Charan 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年4月

本研究探究了异位金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长的氮化硅（SiNx）栅极介质和等离子体增强化学气相沉积（PECVD）氮化硅（SiNx）钝化层对无缓冲层AlGaN/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管（MISHEMT）微波功率性能的影响。我们在从4英寸外延片切割出的一系列四个样品上制作了器件：前两个样品没有栅极介质，而后两个样品采用厚度达3纳米的异位SiNx作为栅极介质。在这两类样品中，各有一个样品采用在高频等离子体条件下沉积的100纳米基准SiNx钝化层，另一个样品则采用100纳米...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于AlGaN/GaN MISHEMT微波功率性能的研究具有重要的战略参考价值。GaN基功率器件因其高频、高效、高功率密度特性，正成为光伏逆变器和储能变流器等核心产品实现性能跃升的关键技术路径。 该研究的核心突破在于采用MOCVD原位生长的SiNx栅介质层显著改善了器...

Jijun Zhu · Fei Wang · Tianci Miao · Kai Cheng 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2025年10月

本研究制备了以不同数量的 InGaN 层作为多沟道（MCs）和多量子阱（MQWs）的 AlGaN/GaN 发光高电子迁移率晶体管（LE - HEMT），在 GaN HEMT 外延片上实现了有记录以来的最高亮度。所提出的结构通过将多量子阱与二维电子气沟道直接结合，实现了真正的外延单片集成。研究表明，尽管引入了多沟道，但该结构仍实现了出色的开关比（$I_{\text {on}}$/$I_{\text {off}} = 10^{{8}}$）。获得了高达$2.1 \times 10^{{5}}$ cd/...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于AlGaN/GaN异质结构的多通道发光-高电子迁移率晶体管（LE-HEMT）技术，虽然聚焦于微显示和光通信领域，但其底层的GaN功率器件技术与我司在光伏逆变器和储能变流器中的核心技术路线存在显著的协同价值。 该技术实现的108开关比和单片集成能力，展示了GaN器件...

Jacob Ryan Anderson · Mike Kavian Ranjram · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年6月

本文提出了一种新颖的单级单相交流/直流功率转换架构，称为谐波分区功率转换器（HPPC）。HPPC利用双向开关（BDS）直接调制交流线路电压，并构建一个谐波分区负载网络，从而在单个转换级内实现自动单位功率因数、完全的功率脉动解耦、连续增益变化和电气隔离。该架构为所有在交流端口有功率因数要求的单相交流/直流功率转换器的小型化和性能提升提供了巨大机遇。HPPC通过将所有磁性元件置于高频交流谐振槽中，并使缓冲电容器在无直流电压调节要求的端口工作，实现了小型化。此外，该转换在单个阶段完成，消除了传统单相交...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项谐波分区功率变换器（HPPC）技术为单相AC/DC转换领域带来了颠覆性创新，与我司在光伏逆变器、储能系统及电动汽车充电领域的核心业务高度契合。 该技术的核心价值在于通过双向开关实现单级转换，同时达成单位功率因数、功率脉动解耦、电气隔离等多重功能。这对阳光电源具有三方面...