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p-GaN栅极HEMT在高功率微波辐照下的退化行为与机理分析
Analysis of Degradation Behavior and Mechanism of p-GaN Gate HEMT Under High-Power Microwave Irradiation
Mingen Lv · Jing Xiao · Ming Tao · Yijun Shi 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年6月
本研究对p型氮化镓（GaN）栅高电子迁移率晶体管（HEMT）在高功率微波（HPM）辐照下的电学特性退化行为进行了研究。基于1/f噪声方法对p-GaN栅HEMT在HPM辐照前后进行了陷阱分析。实验结果表明，HPM辐照下p-GaN栅HEMT的阈值电压明显低于未辐照的新器件，亚阈值摆幅大于新器件。栅极漏电流的最大变化量增大了一个数量级。随着HPM功率和辐照时间的增加，p-GaN栅HEMT器件的退化现象愈发严重。1/f噪声测试结果显示，HPM辐照下p-GaN栅HEMT的输入参考平带谱噪声密度增加了一倍。...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于p-GaN栅极HEMT器件在高功率微波辐照下退化机理的研究具有重要的工程应用价值。作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商，阳光电源的核心产品大量采用GaN基功率器件以实现高效率、高功率密度的电能转换。 该研究揭示的关键问题直接关系到我们产品的可靠性设计。研究发现...
一种集成闭环控制的400V双相串联电容Buck变换器GaN集成电路
A 400 V Dual-Phase Series-Capacitor Buck Converter GaN IC With Integrated Closed-Loop Control
Samantha K. Murray · Avram Kachura · Olivier Trescases · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年8月
氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）在100V以上应用中具有优于硅基LDMOS的品质因数。随着GaN制造工艺的进步，单片集成技术得以实现，将传感、保护和控制电路与高压GaN HEMT集成在同一芯片上，显著提升了功率变换器的集成度和性能。
解读: 该技术展示了GaN器件在单片集成控制与高压转换方面的潜力，对阳光电源的户用光伏逆变器及电动汽车充电桩业务具有参考价值。随着功率密度要求的不断提高，将控制逻辑与GaN功率级集成可显著减小PCB面积并降低寄生参数。建议研发团队关注GaN IC在小功率DC-DC变换模块中的应用，以提升户用储能系统及充电桩...
一种具有单因素实验能力的GaN HEMT动态导通电阻测量灵活装置
A Flexible Setup for Dynamic On-State Resistance Measurements of GaN HEMTs With One-Factor-at-a-Time Capability
Mathias C. J. Weiser · Viktor Köhnlein · Ingmar Kallfass · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年6月
本文提出了一种用于表征GaN HEMT陷阱效应的测量电路。该电路通过将高压源与负载电流生成分离，实现了极高的灵活性。该装置支持任意脉冲配置，适用于单脉冲及连续脉冲工作模式，能够有效评估GaN器件在实际功率变换过程中的动态导通电阻特性。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能产品中对高功率密度要求的提升，GaN器件的应用前景广阔。该研究提出的动态导通电阻测量方法，能够精准评估GaN器件在高速开关过程中的损耗与陷阱效应，对于优化逆变器及充电桩的功率模块设计、提升整机效率具有重要参考价值。建议研发团队将其引入功率器件选型测试流程，以应...
基于谐波脉宽亚阈值的氮化镓HEMT高精度热阻测量方法
High-Accuracy Thermal Resistance Measurement Method for GaN HEMTs Based on Harmonic Pulsewidth Subthreshold
作者未知 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2024年11月
为确保高工作可靠性，对氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）的结温和热阻进行研究至关重要。在不同类别的热阻测量方法中，温度敏感电参数（TSEP）法在在线实施、准确性和适用性方面具有独特优势。本文在回顾当前用于GaN HEMT的TSEP方法后，提出了一种基于加热功率调制策略的高精度GaN HEMT热阻测量方法，即谐波脉冲宽度亚阈值（HPWS）法。具体而言，该方法将利用GaN HEMT的亚阈值摆幅（SS）与温度之间的敏感线性相关性，并通过对加热信号调制进行频域扫描，对加热功率信号的关断瞬态进...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于谐波脉宽亚阈值法的GaN HEMT热阻测量技术具有重要的战略价值。作为新能源电力电子设备的核心器件，GaN功率器件已在我司新一代光伏逆变器和储能变流器中逐步应用，其高频、高效、高功率密度的特性显著提升了系统性能。然而，GaN器件的可靠性管理，特别是结温和热阻的精确监...
p-GaN HEMT在低温下的非钳位感性开关行为
Unclamped-Inductive-Switching Behaviors of p-GaN HEMTs at Cryogenic Temperature
Chi Zhang · Sheng Li · Weihao Lu · Siyang Liu 等9人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年10月
本文首次揭示了p-GaN HEMT在低温环境下的非钳位感性开关（UIS）行为。与SiC器件在UIS过程中表现出的温度依赖性雪崩失效不同，p-GaN HEMT在低温下的耐受行为及最终临界击穿电压呈现出独特的特性，为宽禁带半导体在极端环境下的功率应用提供了重要参考。
解读: 随着阳光电源在光伏逆变器及储能系统（如PowerTitan系列）中对高功率密度和高效率的追求，GaN器件作为下一代宽禁带半导体，在提升系统开关频率和减小体积方面具有巨大潜力。该研究揭示了p-GaN器件在极端低温下的可靠性机理，对于阳光电源在极寒地区户外光伏电站及储能系统的功率模块选型、驱动电路设计及...
基于HfAlOx电荷俘获层介质与原位O3处理的InAlN/GaN MIS-HEMT器件栅极漏电流和击穿电压的改善
Improved gate leakage current and breakdown voltage of InAlN/GaN MIS-HEMTs by HfAlOx-based charge-trapping layer dielectric and _in situ_ O3 treatment
Fangzhou Du · Yang Jiang · Hong Kong · Peiran Wang 等5人 · Applied Physics Letters · 2025年1月 · Vol.126
本文报道了一种通过引入HfAlOx基电荷俘获层介质并结合原位O3处理，显著改善InAlN/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管（MIS-HEMT）性能的方法。该工艺有效抑制了栅极漏电流，同时提升了器件的击穿电压。HfAlOx层可捕获界面正电荷，降低电场峰值，而原位O3处理则优化了介质/半导体界面质量，减少缺陷态密度。实验结果表明，器件的栅极泄漏电流显著降低，反向击穿电压大幅提高，为高性能GaN基功率器件的研制提供了可行的技术路径。
解读: 该研究的HfAlOx介质与O3处理工艺对阳光电源的GaN功率器件开发具有重要参考价值。通过降低栅极漏电流和提高击穿电压,可显著提升GaN器件在高频应用场景下的可靠性,特别适用于SG系列光伏逆变器和ST系列储能变流器的高频DC-DC模块。该技术可优化阳光电源产品的功率密度和转换效率:在光伏逆变器中可实...
兆赫兹软开关运行下GaN功率开关的电热电路建模与实际评估
Electrothermal Circuit Modeling and Practical Evaluation of GaN Power Switches for Mega-Hertz Soft-Switching Operation
Mingshuo Zhu · Kerui Li · Siew-Chong Tan · Shu Yuen Ron Hui · IEEE Transactions on Power Electronics · 预计 2026年5月
本文研究了氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）在兆赫兹（MHz）软开关运行下的开关性能与电热行为，重点关注转换效率、热稳定性及电磁干扰。研究指出，GaN器件的实际反向导通特性与厂商数据手册存在差异，并提出了相应的电热建模方法以优化高频应用。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能系统（如PowerStack）中对功率密度要求的不断提升，高频化是未来的核心趋势。GaN器件凭借其卓越的开关速度，是实现MHz级转换的关键。本文提出的电热建模方法，可直接应用于阳光电源研发部门对高频功率模块的热设计优化，有助于提升逆变器效率并缩小体积。建议研发...
功率GaN HEMT器件阈值电压不稳定性测量电路
Threshold Voltage Instability Measurement Circuit for Power GaN HEMTs Devices
Rustam Kumar · Suvendu Samanta · Tian-Li Wu · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年6月
p-GaN栅极GaN HEMT器件是实现功率电子应用中常关型操作的首选，但其存在阈值电压不稳定性问题。传统曲线追踪仪无法提供小于500μs的短脉冲，难以准确表征该特性。本文提出了一种新型测量电路，能够实现更短脉冲下的阈值电压不稳定性表征。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化充电桩产品中对高功率密度和高效率的需求日益增长，GaN器件的应用前景广阔。阈值电压不稳定性是影响GaN器件长期可靠性的关键因素。该研究提出的短脉冲测量技术，对于阳光电源研发团队评估GaN器件在实际高频开关工况下的老化特性、优化驱动电路设计以及提升产品可靠性具有重要...
一种基于米勒钳位电路的GaN HEMT串扰抑制新方法
A Novel Crosstalk Suppression Method With Miller Clamp Circuit for GaN HEMTs
Tianci Wang · Chuang Bi · Siyong Luo · Fan Li 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年3月
氮化镓（GaN）功率器件凭借高开关速度和低导通损耗，显著提升了开关变换器的效率与功率密度。然而，其高开关速度和低阈值电压特性也使其易受桥臂串扰影响。本文提出了一种新型米勒钳位电路，旨在有效抑制GaN器件的串扰问题，提升系统运行可靠性。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能产品中对功率密度要求的不断提升，GaN器件的应用成为技术演进的重要方向。该研究提出的米勒钳位电路能有效解决GaN器件在高频开关下的串扰误导通问题，直接提升逆变器桥臂的可靠性。建议研发团队在下一代高频化、小型化组串式逆变器及微型逆变器设计中引入该抑制方案，以在保...
基于物理的p-GaN HEMT动态导通电阻SPICE建模
Physics-Based SPICE Modeling of Dynamic on-state Resistance of p-GaN HEMTs
Sheng Li · Yanfeng Ma · Chi Zhang · Weihao Lu 等12人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年7月
本文提出了一种针对p-GaN HEMT动态导通电阻（Ron,dy）的物理SPICE建模方法。通过引入随时间变化的电子迁移率模型（Δμeff），准确描述了Ron,dy的连续变化特性，并结合激活能和电压加速因子等物理参数，为宽禁带半导体器件的动态特性仿真提供了有效工具。
解读: 随着光伏逆变器和储能系统向高功率密度、高开关频率方向发展，GaN器件的应用潜力巨大。该研究提出的动态导通电阻建模方法，能够更精准地评估p-GaN HEMT在实际工况下的损耗，对于阳光电源优化组串式逆变器及户用储能系统中的功率模块设计至关重要。建议研发团队将其引入仿真平台，以提升高频变换器效率预测的准...
共源共栅GaN HEMT在高频软开关应用中输出电容损耗的起源
Origin of Soft-Switching Output Capacitance Loss in Cascode GaN HEMTs at High Frequencies
Qihao Song · Ruizhe Zhang · Qiang Li · Yuhao Zhang · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年11月
本文研究了GaN HEMT在高频软开关应用中输出电容（COSS）损耗（EDISS）的物理机制。研究指出，共源共栅（Cascode）结构的GaN器件在充放电过程中存在非理想损耗，这成为限制高频功率变换效率的关键瓶颈。
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，高频化已成为核心技术趋势。GaN器件凭借优异的开关特性成为提升效率的关键，但共源共栅GaN在高频软开关下的损耗问题直接影响整机效率与热设计。建议研发团队在开发下一代高频紧凑型逆变器或充电模块时，重点评估该损耗机制对系统效率的影响...
低温预应力下p-GaN HEMT中陷阱解冻引起的阈值电压不稳定性
Trap Thawing-Induced Threshold Voltage Instability in p-GaN HEMTs at Cryogenic Temperatures During Pre-Stress
Chuan Song · Wen Yang · Weijian Wang · Jianlang Liao 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2025年8月
本文研究了低温下 p - 氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）中的预应力，揭示了陷阱解冻效应：被冻结的空穴陷阱从高能电子处获取能量，导致其解冻并引起阈值电压（VTH）正向漂移。预应力激活了额外的空穴陷阱，这导致了由普尔 - 弗兰克尔（PF）发射引起的栅极泄漏电流（IGSS）。通过对栅极泄漏电流、电容深能级瞬态谱（C - DLTS）进行分析以及开展 TCAD 仿真，以确定其潜在机制。我们的研究结果完善了低温下陷阱的整体行为，为 p - GaN HEMT 在超导系统和空间电子学等广泛低温应...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于p-GaN HEMTs在极低温环境下阈值电压不稳定性的研究具有重要的前瞻性意义。GaN基功率器件凭借其高频、高效、高功率密度的特性，已成为我司新一代光伏逆变器和储能变流器的核心技术方向。该研究揭示的"陷阱解冻效应"及其导致的阈值电压漂移机制，为我们在极端工况下的产品...
650-V肖特基p型GaN HEMT在反向导通应力下的可靠性评估
Reliability Assessment of 650-V Schottky p-GaN HEMTs Under Reverse Conduction Stress
M. Millesimo · C. Fiegna · S. A. Smerzi · F. Iucolano 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年6月
基于氮化镓（GaN）的高电子迁移率晶体管（HEMT）能够在反向导通模式下高效运行，无需本征反并联二极管，从而降低了功率损耗并实现了更高的开关频率。本研究针对具有不同栅极几何形状的器件，探究了肖特基p - GaN栅极HEMT（SP - HEMT）在反向导通模式下的退化机制。研究评估了阈值电压漂移（$\Delta {V}_{\text {TH}}$）、导通电阻漂移（$\Delta {R}_{\text {ON}}$）以及器件在一系列温度（$10~^{\circ }$C 至 $175~^{\circ ...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于650V肖特基p-GaN HEMT器件反向导通可靠性的研究具有重要的战略意义。GaN功率器件凭借其无需反并联二极管即可高效反向导通的特性，能够显著降低功率损耗并提升开关频率，这与我们在光伏逆变器和储能变流器领域追求的高效率、高功率密度目标高度契合。 该研究揭示的两...
一种基于电荷分析的常关型p-GaN/AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管漏极电流模型
An Analytical Charge-Based Drain Current Model for Normally-off p-GaN/AlGaN/GaN HEMTs
Nadim Ahmed · Azwar Abdulsalam · Sudhiranjan Tripathy · Gourab Dutta · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年4月
本文提出了一种基于物理的常开型 p - GaN/AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管（HEMT）漏极电流解析模型。该核心模型尚属首次提出，它源自二维电子气（2DEG）的统一函数，涵盖了器件的所有工作区域。所提出的漏极电流模型通过我们的实验数据以及现有文献中涵盖广泛器件参数、各种栅极和漏极偏置条件下的结果进行了严格验证。值得注意的是，所提出的漏极电流模型无需进行数值求解，并且其基于物理的建模方法减少了参数数量。此外，该漏极电流模型符合标准的贡贝尔对称性测试。
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这篇关于常关型p-GaN/AlGaN/GaN HEMT器件漏极电流解析模型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、低导通电阻和优异的热性能，正成为光伏逆变器和储能变流器等核心产品的关键技术突破点。 该研究提出的基于物理机制的二维电子气（2DEG）统一函数...
基于高质量叠层栅介质的Si衬底高效率AlN/GaN HEMT及其在K波段和Ka波段的应用
High-Efficiency AlN/GaN HEMTs With High-Quality Stacked Gate Dielectrics on Si Substrate for K- and Ka-Band Applications
Lingjie Qin · Jiejie Zhu · Qing Zhu · Bowen Zhang 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年6月
在本文中，我们报道了采用优化的 Al₂O₃/原位 SiN 堆叠栅介质、在 6 英寸硅衬底上制备的用于 K 波段和 Ka 波段应用的高性能 AlN/GaN 金属 - 绝缘体 - 半导体高电子迁移率晶体管（MIS - HEMT）。这些 MIS - HEMT 的栅长小于 0.2 微米，漏源间距为 3 微米，经频率相关的电容 - 电压（C - V）测量验证，其展现出卓越的电学特性和优异的界面质量。此外，通过应力测试证实了器件的可靠性。在 18 GHz 的大信号射频（RF）工作条件下，当漏极电压为 8 V...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这篇论文展示的AlN/GaN MIS-HEMT技术虽然聚焦于K/Ka波段射频应用，但其核心技术突破对我们在功率电子领域具有重要的参考价值和潜在协同效应。 该研究在6英寸硅基底上实现的高性能氮化镓器件，与阳光电源在光伏逆变器和储能变流器中大量使用的功率半导体技术路线高度相关...
一种基于磁耦合闭环控制的GaN HEMT有源栅极驱动器以抑制关断漏源电压过冲和EMI
A GaN HEMT Active Gate Driver to Combat Turn-Off Drain-Source Voltage Overshoot and EMI Based on Magnetic Coupling Closed-Loop Control
Lurenhang Wang · Yishun Yan · Mingcheng Ma · Xizhi Sun 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年8月
与传统硅MOSFET相比，氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管具有更快的开关速度。在GaN HEMT关断过程中，电流的快速下降会导致严重的漏源电压过冲和电磁干扰（EMI），限制了其可靠性与应用场景。本文提出了一种基于磁耦合闭环控制的GaN HEMT有源栅极驱动器，有效解决了上述问题。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能系统（如PowerStack）中对高功率密度要求的不断提升，GaN器件的应用成为提升效率的关键。该技术通过有源驱动抑制电压过冲和EMI，能够有效降低逆变器输出滤波器的体积，提升系统集成度。建议研发团队关注该磁耦合闭环驱动方案，将其应用于下一代高频紧凑型组串式逆...
基于银烧结工艺的GaN HEMT三维集成功率模块
A 3-D Integrated Power Module of GaN HEMTs Based on Silver Sintering Processes
Zezheng Dong · Haidong Yan · Yinxiang Fan · Xinke Wu 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年3月
本文提出了一种GaN HEMT的三维集成封装方法。通过将柔性PCB集成到GaN芯片上实现重布线层（RDL），扩大了电极面积及间距。该结构将GaN芯片夹在多层PCB与活性金属钎焊（AMB）基板之间，并利用银烧结工艺提升了模块的散热与电气性能。
解读: 该技术对阳光电源的高功率密度产品线具有重要参考价值。随着光伏逆变器和储能变流器（如PowerTitan系列）向更高功率密度演进，GaN等宽禁带半导体的应用是提升效率的关键。该三维封装方案通过银烧结和RDL技术有效解决了GaN器件在高频下的寄生参数和散热瓶颈，有助于减小逆变器体积并提升系统效率。建议研...
采用SiNx/AlN介质叠层的全凹槽型常关GaN MIS-HEMT器件稳定性提升
Improved Stability of Fully Recessed Normally-Off GaN MIS-HEMTs With SiNx/AlN Dielectric Stack
Yu Li · Guohao Yu · Ang Li · Haochen Zhang 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年7月
本研究对采用低压化学气相沉积（LPCVD）-氮化硅（SiNx）/原子层沉积（ALD）-氮化铝（AlN）或等离子体增强原子层沉积（PEALD）-二氧化硅（SiO₂）/ALD - AlN 介质叠层的氮化镓（GaN）金属 - 绝缘体 - 半导体高电子迁移率晶体管（MIS - HEMT）进行了对比研究。与 SiO₂/AlN MIS - HEMT 的阈值电压漂移（$\Delta {V}_{\text {TH}}$）为 2.0 V 相比，SiNx/AlN MIS - HEMT 在 150 °C 下表现出最小...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于常关型GaN MIS-HEMT器件的研究具有重要的战略价值。该研究通过采用LPCVD-SiNx/ALD-AlN介质堆栈方案，显著提升了器件的阈值电压稳定性，这直接关系到我们光伏逆变器和储能变流器的核心竞争力。 在技术价值层面，该器件在150°C高温下仅产生-0.2...
基于沟道耗尽行为的蓝宝石衬底AlGaN/GaN MIS-HEMT多场板缺陷诊断
Defect Diagnosis of AlGaN/GaN MIS-HEMTs With Multiple Field Plates Based on the Channel Depletion Behavior
Youyang Wang · Jingwen Guan · Liyan Huang · Yu Sun 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年11月
本文研究了蓝宝石衬底上具有三重场板结构的耗尽型AlGaN/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管的沟道耗尽行为，并分析了器件中的缺陷态。通过高压栅极和漏极电容-电压（CV）测量，结合电容分布模型与TCAD仿真，揭示了AlGaN/GaN界面及GaN沟道层中二维电子气（2DEG）的逐级耗尽机制。时间相关恢复测试与CV滞后测量表征了电压应力对缺陷态的影响，频变和温变CV测量进一步揭示了AlGaN与GaN层中的深能级缺陷及温度诱导的2DEG扩散效应。研究结果为高应力与高温环境下GaN HEMT的结...
解读: 该GaN MIS-HEMT缺陷诊断技术对阳光电源功率器件应用具有重要价值。研究揭示的沟道耗尽机制与深能级缺陷特性，可直接指导ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器中GaN器件的选型与可靠性评估。多场板结构的高压特性分析为1500V光伏系统和大功率储能系统的GaN器件应用提供设计依据。时间相关恢复测试...
一种基于SenseHEMT的GaN功率HEMT集成过流保护电路
An Integrated GaN Overcurrent Protection Circuit for Power HEMTs Using SenseHEMT
Wan Lin Jiang · Samantha Kadee Murray · Mohammad Shawkat Zaman · Herbert De Vleeschouwer 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年8月
GaN功率高电子迁移率晶体管（HEMT）具有极快的开关速度，但过流耐受能力较弱，要求过流保护（OCP）电路响应时间小于0.5微秒。得益于高压GaN集成平台的发展，将数字和模拟电路与GaN功率器件单片集成成为可能。本文提出了一种基于SenseHEMT的集成化过流保护方案，旨在提升GaN器件在高速开关应用中的可靠性。
解读: 该技术对阳光电源的户用光伏逆变器及小型化储能产品线具有重要参考价值。随着GaN器件在高效、高频化逆变器中的应用普及，其脆弱的短路耐受能力是制约可靠性的核心瓶颈。本文提出的集成化OCP方案能够实现亚微秒级快速响应，有助于提升阳光电源下一代高功率密度逆变器及微型逆变器的系统安全性。建议研发团队关注GaN...
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