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用于SiC功率MOSFET的低压GaN HEMT栅极驱动器设计以降低开关损耗及提供栅极保护
Gate Driver Design for SiC Power MOSFETs With a Low-Voltage GaN HEMT for Switching Loss Reduction and Gate Protection
Ji Shu · Jiahui Sun · Zheyang Zheng · Kevin J. Chen · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年5月
本文针对SiC MOSFET栅极回路寄生电感引起的误导通、栅极过压及开关速度受限等问题，提出了一种采用低压GaN HEMT进行米勒钳位的单极性栅极驱动电路设计，旨在优化开关性能并增强栅极保护能力。
解读: 随着阳光电源在光伏逆变器和PowerTitan/PowerStack储能系统中大规模应用SiC MOSFET以提升功率密度和效率，栅极驱动电路的可靠性与开关性能至关重要。该研究提出的GaN HEMT米勒钳位技术，能有效抑制SiC器件在高频开关下的误导通风险，并优化开关损耗。建议研发团队在下一代高功率...
通过瞬态热特性分析理解GaN HEMT在短路应力下的位错缺陷作用
Understanding the Role of Dislocation Defects of GaN HEMT under Short-Circuit Stress Through Transient Thermal Characterization
Xi Jiang · Yue Wu · Song Yuan · Xiangdong Li 等11人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年8月
氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）在高压短路应力下易发生快速失效。研究表明，衬底界面的位错缺陷在诱导器件退化和热击穿失效中起关键作用。本文探讨了短路应力下位错缺陷的形成机制及其对热性能的影响。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及小型化储能系统中对高功率密度要求的不断提升，GaN器件的应用潜力巨大。本文揭示的位错缺陷与短路热失效机制，对公司研发团队在GaN功率模块的选型、驱动保护电路设计及热管理方案优化具有重要参考价值。建议在产品开发中引入该瞬态热特性分析方法，以提升高频化、小型化产品的可靠性设...
通过多功能单片保护电路提高GaN功率HEMT的稳定性
Stability Improvement of GaN Power HEMT by a Multifunctional Monolithic Protection Circuit
Qihao Song · Xin Yang · Bixuan Wang · Everest Litchford 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年12月
本文提出了一种与氮化镓（GaN）功率高电子迁移率晶体管（HEMT）单片集成的栅极静电放电（ESD）保护电路。除了增强栅极在ESD事件中的鲁棒性外，该多功能电路还能提高功率HEMT在正常开关操作时导通电阻（$R_{ON}$）和阈值电压（$V_{TH}$）的稳定性。这种改进的实现方式是在关断状态下钳位HEMT的负栅极偏置（$V_{G}$），而负栅极偏置是功率p型栅极GaN HEMT中$R_{ON}$和$V_{TH}$不稳定的关键原因。本文搭建了一个电路装置，用于原位监测动态$R_{ON}$及其从第一...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项GaN功率HEMT单片集成保护电路技术具有重要的战略价值。作为光伏逆变器和储能变流器的核心功率器件，GaN HEMT因其高开关频率、低导通损耗和高功率密度特性，是实现系统小型化和效率提升的关键技术路径。 该研究解决的核心痛点直接关系到我们产品的可靠性表现。在光伏逆变器...
多通道LE-HEMT实现创纪录最高亮度，面向微显示与片上高探测率光电探测器
Multi-Channel LE-HEMT With Highest Luminance in Record Toward Micro-Display and On-Chip High-Detectivity Photodetectors
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...
一种具有单片负驱动电压能力和数字电流模式控制器的耗尽型GaN HEMT双模驱动IC
A Dual-Mode Driver IC With Monolithic Negative Drive-Voltage Capability and Digital Current-Mode Controller for Depletion-Mode GaN HEMT
Yue Wen · Matthias Rose · Ryan Fernandes · Ralf Van Otten 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2017年1月
本文提出了一种针对耗尽型氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）的驱动与控制集成电路。该双模驱动器可配置为共源共栅（CD）或HEMT直驱（HD）模式。在CD模式下，通过驱动低压DMOS实现高速常闭操作，并提出了一种有源钳位电路以防止DMOS击穿。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器和微型逆变器领域对高功率密度和高效率的追求，GaN器件的应用已成为技术迭代的关键。该研究提出的双模驱动IC能够有效解决耗尽型GaN的驱动难题，提升开关频率并降低损耗。建议研发团队关注该驱动技术在阳光电源户用组串式逆变器及小型化充电桩中的应用潜力，特别是其在提升系统整体效率...
一种动态两阶段栅极驱动器以释放GaN HEMT的快速开关潜力
A Dynamic Two-Stage Gate Driver for Unlocking the Fast-Switching Potential of GaN HEMT
Ji Shu · Jiahui Sun · Xinke Wu · Kevin J. Chen · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年4月
主流肖特基型 p - GaN 栅极高电子迁移率晶体管（HEMT）的栅极端子，由于其安全工作的栅极电压裕量较窄，在快速开关瞬态过程中特别容易受到栅极电压振铃的影响。在这项工作中，提出了一种具有扩展栅极电压裕量和抑制栅极回路振荡/振铃的新型栅极驱动电路。该新设计基于一种动态两阶段导通过程，由一个 GaN 横向场效应整流器（L - FER） - 电阻对实现，该对可以根据实时栅极电压自适应地调整栅极充电速度，在初始导通阶段实现快速充电，而在栅极接近完全导通时实现缓慢充电。后一阶段有效地抑制了栅极回路振荡...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项针对GaN HEMT的动态两级栅极驱动技术具有重要的战略价值。该技术通过GaN横向场效应整流器与电阻对的自适应组合，实现了栅极电压的动态调控，既保证了快速开关又避免了栅极过应力，这直接契合我司在高功率密度逆变器和储能变流器领域的核心技术需求。 在光伏逆变器应用中，Ga...
基于动态dv/dt开关模型的GaN HEMT最小开关损耗三段式有源驱动策略
Minimal Switching Loss Three-Stage Active Gate Driving Strategy Based on Dynamic dv/dt Switching Model for GaN HEMT
Shuo Zhang · Chang Liu · Xinyu Li · Desheng Zhang 等8人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年3月
GaN HEMT的高速开关特性带来了高dv/dt和严重的电磁干扰（EMI）问题，需在开关速度与损耗间权衡。三段式栅极驱动（TSGD）虽能缓解此矛盾，但受限于非线性寄生电容，难以实现最优开关损耗。本文提出了一种基于动态dv/dt模型的优化策略，以实现GaN器件在最小开关损耗下的高效驱动。
解读: GaN等宽禁带半导体是提升阳光电源户用光伏逆变器及小型化储能产品功率密度的关键。该研究提出的三段式有源驱动策略，能够有效平衡GaN器件的高频开关损耗与EMI干扰，对于优化阳光电源户用逆变器（如SG系列）及微型逆变器的效率和电磁兼容性设计具有重要参考价值。建议研发团队关注该动态dv/dt模型在功率模块...
直驱耗尽型GaN HEMT开关特性及关断损耗降低研究
Direct Drive D-Mode GaN HEMT Switching Characteristics and Turn-Off Loss Reductions
Jih-Sheng Lai · Hsin-Che Hsieh · Ching-Yao Liu · Wei-Hua Chieng 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年4月
本文旨在通过直接驱动门极电路和双脉冲测试，评估耗尽型氮化镓高电子迁移率晶体管（d-mode GaN HEMT）的开关能量。研究提出了一种改进的共源共栅结构以实现“常闭”操作，并利用电荷泵电路提供负栅极电压以优化关断过程，有效降低了开关损耗。
解读: GaN作为第三代半导体，在高频化、小型化方面具有显著优势。该研究提出的直驱d-mode GaN技术及改进的共源共栅结构，对阳光电源的户用光伏逆变器及微型逆变器产品线具有重要参考价值。通过降低开关损耗，有助于进一步提升逆变器功率密度并减小散热器体积。建议研发团队关注该驱动电路在提升系统效率方面的潜力，...
封装型氮化镓HEMT生物传感器及用于脑损伤检测的手持系统
Packaged GaN HEMT biosensor and handheld system for brain injury detection
Rajiv Thakur · Anil Kumar Saini · Nikhil Suri · Dheeraj Kumar Kharbanda · Applied Physics Letters · 2025年3月 · Vol.126
本文报道了一种基于封装型氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）的生物传感器及其集成手持式检测系统，用于快速、灵敏地检测脑损伤相关生物标志物。该器件通过表面功能化实现对目标蛋白的特异性识别，结合紧凑型读出电路，可在临床环境中实现便携式电化学信号采集与分析。实验结果表明，该系统具有高灵敏度、低检测限和良好的选择性，适用于现场即时检测（POCT）场景下的脑损伤早期诊断，为神经创伤的快速评估提供了可行的技术方案。
解读: 该GaN HEMT生物传感器研究虽聚焦医疗领域，但其核心技术对阳光电源GaN功率器件应用具有重要启发。文中展示的GaN器件封装技术、表面功能化处理及高灵敏度信号检测方法，可借鉴至功率模块的热管理与可靠性监测。特别是其紧凑型读出电路与便携式系统设计理念，可应用于SG光伏逆变器和ST储能变流器的智能诊断...
带场板结构的GaN HEMT输入、输出及反向电容的物理分析模型
Physics-Based Analytical Model for Input, Output, and Reverse Capacitance of a GaN HEMT With the Field-Plate Structure
Dejana Cucak · Miroslav Vasic · Oscar Garcia · Jesus Angel Oliver 等10人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2017年3月
本文针对具有栅极场板结构的常开型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT），在亚阈值区建立了输入、输出及反向电容的物理分析模型。该模型与现有的输出I-V特性模型相结合，为GaN器件的电学特性提供了完整的解析方程组。
解读: GaN作为第三代宽禁带半导体，在提升功率密度和开关频率方面具有显著优势。该模型对阳光电源在户用光伏逆变器及小型化充电桩产品中应用GaN器件具有重要指导意义。通过精确建模器件的寄生电容，研发团队可在设计阶段更准确地评估开关损耗与EMI特性，优化驱动电路设计，从而进一步缩小产品体积并提升转换效率。建议在...
基于双栅器件技术的p-GaN功率HEMT单片集成双向栅极ESD保护方案
Monolithically Integrated Bidirectional Gate ESD Protection Scheme of p-GaN Power HEMT by Dual-Gate Device Technology
Yanfeng Ma · Sheng Li · Mingfei Li · Weihao Lu 等12人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年2月
本文提出了一种用于p-GaN功率高电子迁移率晶体管（HEMT）的单片集成双向栅极静电放电（ESD）保护方案。设计采用双栅HEMT作为放电管，在几乎不牺牲器件性能的前提下，将正向/反向传输线脉冲失效电流从0.156 A/0.08 A显著提升至1.36 A/5.26 A。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及微型逆变器领域对高功率密度和高效率的追求，GaN器件的应用日益广泛。该研究提出的单片集成ESD保护方案有效解决了GaN器件栅极脆弱的痛点，显著提升了器件在复杂工况下的静电耐受能力和可靠性。建议研发团队关注该双栅结构在提升功率模块鲁棒性方面的潜力，特别是在高频化、小型化的...
通过应力工程增强柔性AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管阵列的电学性能
Enhanced electrical properties of flexible AlGaN/GaN HEMT arrays via stress engineering
Xiu Zhang · Wei Ling · Junchen Liu · Hu Tao 等5人 · Applied Physics Letters · 2025年8月 · Vol.127
宽禁带半导体因其优异的电学与机械特性，在柔性电子器件中展现出巨大潜力。本文报道了通过深硅刻蚀和晶圆级衬底转移工艺制备的柔性AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）阵列。器件在_VGS_＝1 V时实现最高饱和漏极电流密度达166.5 mA/mm，在_VDS_＝5 V时峰值跨导为42.6 mS/mm，并表现出良好的抗机械变形能力。此外，在面内拉伸应变下，器件性能进一步提升，归因于应变诱导的压电极化调控AlGaN/GaN异质界面二维电子气密度。该结果凸显HEMT在下一代柔性电子，尤其是生物电子...
解读: 该柔性GaN HEMT技术对阳光电源功率器件应用具有前瞻价值。研究中应力工程调控二维电子气密度提升器件性能的机制，可为ST系列储能变流器和SG逆变器中GaN器件的封装应力优化提供理论指导，通过合理设计功率模块封装结构实现应变调控以提升开关特性。柔性HEMT阵列的抗机械变形能力对新能源汽车OBC和电机...
通过瞬态热表征理解短路应力下GaN HEMT位错缺陷的作用
Understanding the Role of Dislocation Defects of GaN HEMT under Short-Circuit Stress Through Transient Thermal Characterization
Xi Jiang · Yue Wu · Song Yuan · Xiangdong Li 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年2月
摘要：氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）器件在高母线电压条件下承受反复短路（SC）应力后容易迅速失效。衬底界面处的位错缺陷在引发器件退化和热击穿失效方面起着关键作用。然而，短路应力下位错缺陷的形成机制及其对氮化镓高电子迁移率晶体管短路能力的影响仍不明确。本文提出一种基于瞬态热阻表征的新方法，用于监测氮化镓高电子迁移率晶体管器件内部位错缺陷的演变。同时，建立了一个热模型来阐明位错缺陷对器件热特性的影响。通过分析短路应力前后氮化镓高电子迁移率晶体管的结构函数，将先前难以察觉的缺陷累积转化...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于GaN HEMT器件短路应力下位错缺陷演化的研究具有重要的战略价值。GaN功率器件因其高开关频率、低导通损耗和高功率密度特性，正逐步成为我司光伏逆变器和储能变流器的核心功率开关选择，特别是在高压大功率应用场景中。 该研究揭示的位错缺陷累积机制直接关系到产品可靠性这...
基于解耦双通道结构的低反向导通损耗高正向阈值电压p-GaN栅AlGaN/GaN HEMT
Decoupled Double-Channel p-GaN Gate AlGaN/GaN HEMT Featuring Low Reverse Conduction Loss and High Forward Threshold Voltage
Xiaotian Tang · Zhongchen Ji · Qimeng Jiang · Sen Huang 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2025年2月
基于解耦双沟道结构，提出并成功制备了一种混合源 p - GaN 栅常关型 AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管（HEMT）。该晶体管通过混合源结构对上下沟道进行解耦，缓解了 p - GaN 栅与双沟道结构之间的兼容性问题。得益于源极侧与下沟道的肖特基连接，同时实现了极低的反向导通电压（ - 0.5 V）和较大的正向阈值电压（ + 3.2 V）。
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于解耦双沟道结构的p-GaN栅极GaN HEMT技术具有重要的战略价值。该器件通过混合源极结构实现了-0.5V的极低反向导通电压和+3.2V的高正向阈值电压的同时优化，这一突破性设计直接契合我司光伏逆变器和储能变流器对功率器件性能的核心诉求。 在光伏逆变器应用中，该...
基于硅基氮化镓HEMT的D波段功率放大，实现10 V下0.67 W/mm输出
GaN-on-Si HEMT for D-Band Power Amplification Demonstrating 0.67 W/mm at 10 V
作者未知 · IEEE Electron Device Letters · 2025年7月
本快报报道了一款硅基氮化镓（GaN-on-Si）高电子迁移率晶体管（HEMT）在D波段的功率放大情况。一款栅长（${L}_{g}$）为140纳米的硅基氮化铝/氮化镓/氮化铝镓（AlN/GaN/AlGaN）金属 - 绝缘体 - 半导体（MIS） - HEMT实现了最大漏极电流（${I}_{\textit {dmax}}$）为2.0安/毫米、最大跨导（${g}_{\textit {mmax}}$）为0.65西/毫米，以及截止频率（${f}_{T}$）/最高振荡频率（${f}_{\textit {ma...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项GaN-on-Si HEMT在D波段功率放大领域的突破具有重要的技术参考价值，尽管其直接应用场景与公司当前主营业务存在差异。 该研究展示的GaN-on-Si技术在123 GHz频段实现0.67 W/mm的功率密度，主要面向6G通信等sub-THz应用。对于阳光电源而言...
具有栅极对准图案化AlScN叠层的铁电HEMT抑制负DIBL效应
Suppressed Negative DIBL of Ferroelectric HEMT With Gate-Align Patterned AlScN Stack
Gyuhyung Lee · Hyeong Jun Joo · Seung Yoon Oh · Geonwook Yoo · IEEE Electron Device Letters · 2025年7月
在本文中，我们展示了一种具有栅极对齐图案化 AlScN 堆叠结构的铁电氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT），该结构可抑制负漏致势垒降低效应。通过防止高负栅 - 漏偏压引起的铁电极化意外极化，该铁电高电子迁移率晶体管（FeHEMT）即使在高漏极电压下也表现出明显的逆时针迟滞现象和陡峭的亚阈值摆幅（SS）。此外，该结构具有增强的栅极可控性，亚阈值摆幅低至 13 毫伏/十倍频，并且记忆窗口会随栅极电压扫描范围的增大而增大。研究结果凸显了所提出的铁电高电子迁移率晶体管在基于氮化镓的逻辑电路和节...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于铁电AlScN堆栈的GaN HEMT技术具有显著的战略价值。该技术通过栅极对准图案化设计有效抑制了负漏致势垒降低效应，实现了13 mV/dec的陡峭亚阈值摆幅，这对我们的核心产品具有重要意义。 在光伏逆变器和储能变流器领域，功率器件的开关性能直接影响系统效率和功率...
具有纳秒级开关特性和鲁棒过压能力的1.2 kV/25 A增强型P-N结/AlGaN/GaN HEMT
1.2 kV/25 A Normally off P-N Junction/AlGaN/GaN HEMTs With Nanosecond Switching Characteristics and Robust Overvoltage Capability
Feng Zhou · Weizong Xu · Fangfang Ren · Yuanyang Xia 等10人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年1月
本文提出了一种基于P-N结栅极结构的1.2 kV/25 A增强型GaN HEMT。该器件具备18.2 V的栅极击穿电压和1.7 V的正阈值电压，提供了宽广的栅极偏置窗口。实验表明，该器件在10 V栅极驱动电压下表现出优异的纳秒级开关特性和极强的过压耐受能力，为高压功率转换应用提供了新方案。
解读: 该技术对阳光电源的功率电子产品线具有重要意义。1.2 kV/25 A的增强型GaN器件在高频化、小型化方面优势显著，特别适用于户用光伏逆变器及小型化储能变流器（PCS）的功率级设计。其高栅极击穿电压提升了驱动电路的可靠性，有助于降低系统损耗并提高功率密度。建议研发团队关注该器件在高频DC-DC变换器...
基于改进斑马算法的GaN HEMT混合小信号建模
Hybrid Small-Signal Modeling of GaN HEMT Based on Improved Zebra Optimization Algorithm
李畅王军 · 电子元件与材料 · 2025年1月 · Vol.44
为提升半导体器件小信号建模精度并避免优化过程陷入局部最优，提出一种基于改进斑马优化算法（IZOA）的氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）混合小信号建模方法。结合数学修正法与直接提取法建立初始模型，通过引入混沌映射、反向学习策略及动态概率机制的IZOA进一步优化参数。实验结果表明，该方法将平均误差由3.47%降至0.19%，较GWO和标准ZOA分别降低0.76%和0.33%，显著提升了建模精度与算法收敛性。
解读: 该GaN HEMT精确建模技术对阳光电源功率器件应用具有重要价值。在ST储能变流器和SG光伏逆变器中，GaN器件可实现更高开关频率和功率密度，但需精确小信号模型支撑电路设计。该IZOA优化方法将建模误差降至0.19%，可显著提升GaN功率模块的仿真精度，优化三电平拓扑设计中的寄生参数补偿和EMI抑制...
通过降低导通电阻的新方法单片集成GaN微LED与HEMT
Monolithically Integrating GaN MicroLEDs on HEMTs With a New Approach for Lower On-Resistance
Ran Zhang · Hongping Liu · Yuefei Cai · IEEE Electron Device Letters · 2025年7月
高电子迁移率晶体管（HEMT）驱动的微型发光二极管（microLED）在用于可见光通信、微显示和生物传感等领域的电压可控发光方面已有大量报道。现有的集成方法基于采用选择性区域生长法的n - 氮化镓（n - GaN）/二维电子气（2DEG）互连方案。由于微型发光二极管与高电子迁移率晶体管之间互连界面的面积有限，以及高电子迁移率晶体管缓冲层表面蚀刻损伤导致选择性外延生长质量不佳，集成器件存在导通电阻相对较大和电流扩展较差的问题。本文提出了一种将高电子迁移率晶体管与微型发光二极管集成的新方法。该方法无...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项GaN HEMT与microLED单片集成技术虽然当前主要应用于可见光通信、微显示等领域，但其底层技术突破对我司功率电子产品具有重要的潜在价值。 该技术的核心创新在于优化了GaN器件的集成工艺，通过在AlGaN/GaN HEMT表面直接选择性外延生长microLED，...
低温电力电子中单极性功率半导体的热失控现象
The Thermal Runaway Phenomenon of Unipolar Power Semiconductors in Cryogenic Power Electronics
Julius Zettelmeier · Raffael Schwanninger · Martin März · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年9月
氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）和硅MOSFET在低温环境下导通损耗显著降低，因此在航空航天领域备受关注。然而，低温环境会导致一种此前被忽视的安全关键现象——热失控，本文对此进行了深入探讨。
解读: 该研究探讨了宽禁带半导体（GaN）在极端低温下的热失控机制，这对阳光电源未来探索高海拔、极寒地区（如高寒山区光伏电站或特殊环境储能项目）的电力电子设计具有参考意义。虽然目前阳光电源的主流产品（如PowerTitan、组串式逆变器）多运行于常规环境，但随着公司向航空电源或极端环境能源系统拓展，理解Ga...
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