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通过高温直流应力研究AlGaN/GaN HEMT中由直流引起的射频性能退化
Study of DC-Induced RF Performance Degradations in AlGaN/GaN HEMTs Through High-Temperature DC Stress
Ping-Hsun Chiu · Yi-Fan Tsao · Heng-Tung Hsu · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年5月
在本研究中，我们研究了承受高温导通态直流应力（$V_{\text {DS}} = 18$ V，$I_{\text {DS}} = 300$ mA/mm）的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的射频性能退化情况。主要聚焦于针对毫米波应用的短栅长器件仅由直流应力引起的射频退化机制分析。在整个直流应力过程中，对器件参数的变化进行了细致的测量和提取。结果表明，器件的本征栅电容和寄生电阻增大，导致单位电流增益截止频率（$f_{\text {T}}$）和最大振荡频率（$f_{\text {MAX...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于GaN HEMT器件在高温直流应力下射频性能退化机理的研究具有重要的参考价值。虽然该研究聚焦于毫米波应用场景，但其揭示的器件退化机制对我们在光伏逆变器和储能变流器中广泛应用的GaN功率器件同样具有指导意义。 研究发现，在高温导通状态的直流应力下，AlGaN势垒层中...
氮化镓功率半导体器件动态导通电阻的表征与建模
Characterisation and Modeling of Gallium Nitride Power Semiconductor Devices Dynamic On-State Resistance
Ke Li · Paul Leonard Evans · Christopher Mark Johnson · IEEE Transactions on Power Electronics · 2018年6月
氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN-HEMT）存在陷阱效应，导致其导通电阻（RDS(on)）高于理论值。该电阻的增加与器件关断状态下的直流偏置电压及偏置时间密切相关。本文对不同商业化GaN-HEMT的动态导通电阻进行了表征与建模研究。
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功率密度和效率要求的不断提升，GaN器件的应用成为关键技术趋势。动态导通电阻（Dynamic RDS(on)）是影响GaN器件在高频开关应用中可靠性与效率的核心因素。该研究提供的表征与建模方法，可指导研发团队在设计高频功率模块时，更准确地评估GaN器...
肖特基型P-GaN栅极HEMT的电气开关安全工作区特性研究
Characterization of Electrical Switching Safe Operation Area on Schottky-Type P-GaN Gate HEMTs
Yifei Huang · Qimeng Jiang · Sen Huang · Xinhua Wang 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年7月
氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）在消费电子领域表现优异，但在长寿命应用中仍面临可靠性挑战，特别是硬开关条件下的导通电阻退化问题。本文通过四种测试模式，深入研究了肖特基型P-GaN栅极HEMT的电气开关安全工作区（SOA），旨在提升其在电力电子系统中的可靠性。
解读: GaN作为宽禁带半导体，是实现逆变器高功率密度和高效率的关键技术。阳光电源在户用光伏逆变器及小型化充电桩领域对高频化有迫切需求。本文研究的P-GaN栅极HEMT可靠性及SOA特性，对于公司优化高频功率模块设计、提升产品在严苛工况下的长效运行能力具有重要参考价值。建议研发团队关注其在硬开关条件下的导通...
开关瞬态对GaN HEMT动态导通电阻影响的实验评估与分析
Experimental Evaluation and Analysis of Switching Transient's Effect on Dynamic on-Resistance in GaN HEMTs
Fei Yang · Chi Xu · Bilal Akin · IEEE Transactions on Power Electronics · 2019年10月
氮化镓（GaN）器件的动态导通电阻会导致转换器传导损耗增加，从而降低效率。本文首次通过实验评估了硬开关瞬态对商用高压GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）动态导通电阻的影响，并设计了一种具有快速传感速度的动态导通电阻测量方法。
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不断提升，GaN器件的应用成为关键技术趋势。该研究揭示的硬开关瞬态对动态导通电阻的影响，直接关系到逆变器在实际工况下的效率表现与热设计可靠性。建议研发团队在iSolarCloud运维数据支撑下，将此测量方法引入功率模块的选型测试流程，优...
基于Si MOSFET与GaN HEMT的功率变换器辐射电磁干扰分析与比较
Analysis and Comparison of the Radiated Electromagnetic Interference Generated by Power Converters With Si MOSFETs and GaN HEMTs
Yingjie Zhang · Shuo Wang · Yongbin Chu · IEEE Transactions on Power Electronics · 2020年8月
本文基于等效噪声电压源构成，分析了GaN HEMT与Si MOSFET参数及负载条件对辐射电磁干扰（EMI）的影响。研究重点涵盖了开关电压的上升/下降沿、零电压开关压降以及寄生振荡等因素对辐射EMI的贡献。
解读: 随着阳光电源在户用光伏逆变器及充电桩产品中对高功率密度和高效率的追求，GaN等宽禁带半导体器件的应用日益广泛。本文深入分析了GaN器件带来的高频开关噪声及辐射EMI机理，对公司研发团队在优化PCB布局、抑制寄生参数及提升电磁兼容性（EMC）设计方面具有重要指导意义。建议在后续的组串式逆变器及充电桩高...
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...
衬底偏压对欧姆p型栅GaN高电子迁移率晶体管非钳位感性开关能力的影响
Effect of Substrate Bias in Ohmic p-Gate GaN-HEMTs on Unclamped Inductive Switching Capability
Wataru Saito · Shin-Ichi NIshizawa · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年8月
本文测量了欧姆 p 栅氮化镓（GaN）-高电子迁移率晶体管（HEMT）在不同衬底偏置条件下的非钳位电感开关（UIS）能力。GaN-HEMT 的一个关键缺点是其 UIS 能力极低，因为没有用于消除碰撞电离产生的空穴的结构。因此，过电压应力导致的失效位置在很大程度上取决于碰撞电离产生的空穴的电流路径。本文报道，通过调制空穴电流路径，浮动或正偏置衬底条件可以提高欧姆 p 栅 GaN-HEMT 的 UIS 能力。此外，在浮动衬底条件下增加栅极电阻会减缓电压变化率（dV/dt），导致在半导通状态下消耗更多...
解读: 从阳光电源光伏逆变器和储能系统的核心应用场景来看，这项关于欧姆p栅GaN-HEMT器件非钳位感性开关能力的研究具有重要的技术参考价值。GaN功率器件凭借其高开关频率、低导通损耗等优势，正逐步成为我司下一代高效率逆变器和储能变流器的关键技术路线，但其固有的低UIS能力一直是制约大规模应用的瓶颈。 该...
电荷俘获效应对GIT型GaN基HEMT器件的影响
The Influence of Charge Trapping Effects on GIT GaN-Based HEMTs
Yibo Ning · Huiying Li · Xsinyuan Zheng · Chengbing Pan 等5人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年11月
在本研究中，我们利用电容模式深能级瞬态谱（C - DLTS）研究了栅注入晶体管（GIT）氮化镓（GaN）基高电子迁移率晶体管（HEMT）在栅极过驱动应力下的退化行为以及深能级陷阱的演变。随着老化时间的增加，观察到阈值电压（ ${V}_{\text {TH}}$ ）负向漂移，同时栅极泄漏电流增大。应力施加前，在GaN基HEMT中检测到三种陷阱信号，包括一个电子陷阱（150 K）和两个空穴陷阱（250 K和450 K）。应力施加后，在90 K和350 K处出现了两个电子陷阱，而250 K处的本征空穴...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于GaN基HEMT器件电荷陷阱效应的研究具有重要的战略意义。GaN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的核心技术方向，直接关系到我们产品的转换效率和系统可靠性提升。 该研究揭示了GIT型GaN器件在栅极过驱动应力下的退化机理，特别是阈...
基于结构函数法与静态-脉冲I–V测量的射频HEMT用GaN-on-Si材料热阻优化
Thermal resistance optimization of GaN-on-Si materials for RF HEMTs based on structure function method and static-pulsed I–V measurements
Qingru Wang · Yu Zhou · Xiaozhuang Lu · Xiaoning Zhan · Applied Physics Letters · 2025年4月 · Vol.126
针对射频高电子迁移率晶体管（RF HEMT）应用的GaN-on-Si材料，提出一种结合结构函数法与静态-脉冲I–V测量的热阻优化方法。通过提取不同器件结构下的瞬态热响应，利用结构函数分析热阻抗分布特征，识别主要热瓶颈。结合静态与脉冲I–V特性测量，量化自热效应并评估有效热阻。据此优化外延层结构与衬底工艺，显著降低器件热阻，提升散热性能与可靠性，为高性能GaN基射频器件的设计与制造提供指导。
解读: 该研究对阳光电源GaN器件应用有重要参考价值。结构函数法与静态-脉冲I-V测量相结合的热阻优化方法，可直接应用于SG系列高频光伏逆变器和ST系列储能变流器的GaN功率模块设计。通过优化外延层结构与衬底工艺，可显著提升GaN器件散热性能，有助于实现更高功率密度的产品设计。这对提高阳光电源新一代1500...
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...
超宽禁带Al0.65Ga0.35N沟道HEMT中低接触电阻与高击穿电压
>2.5 kV）输运特性研究
Swarnav Mukhopadhyay · Khush Gohel · Surjava Sanyal · Mayand Dangi 等5人 · Applied Physics Letters · 2025年4月 · Vol.126
本文报道了基于Al0.65Ga0.35N沟道的超宽禁带HEMT器件，实现了低接触电阻和高击穿电压（>2.5 kV）。通过优化欧姆接触工艺与异质结构设计，显著提升了二维电子气的输运性能。实验结果表明，该器件在高温和高电场下仍保持优异的载流子迁移率与电流稳定性，揭示了高铝组分氮化物在高压功率电子中的潜力。
解读: 该超宽禁带Al0.65Ga0.35N HEMT器件研究对阳光电源高压功率产品具有重要参考价值。2.5kV以上的高击穿电压特性可应用于ST系列储能变流器和SG系列高压光伏逆变器的功率模块升级，低接触电阻和优异的高温载流子输运性能有助于提升PowerTitan大型储能系统的功率密度和效率。这项技术为下一...
直接驱动D模氮化镓高电子迁移率晶体管的开关特性及关断损耗降低
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6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年11月
本文旨在通过直接驱动门控和双脉冲测试来评估耗尽型氮化镓高电子迁移率晶体管（d 型 GaN HEMT）的开关能量。门极驱动电路采用了改进的共源共栅结构以实现“常关”操作，并配备了一个电荷泵电路，用于在关断操作时提供负的门极电压。本文从理论上阐述了这些特性，并通过实验结果进行了验证。与增强型功率 MOSFET 或 HEMT 类似，调节门极驱动电阻会影响开关速度和相关损耗，但 d 型 GaN HEMT 还具有通过门极电压控制降低关断损耗的额外特性。因此，本文的主要贡献在于提出并验证了采用直接驱动方法可...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于耗尽型GaN HEMT直接驱动技术的研究具有重要的战略价值。该技术通过改进的级联结构实现"常关"运行，并利用电荷泵电路提供负栅极电压，在关断损耗降低方面展现出显著优势，这与我们在光伏逆变器和储能变流器领域对高效率功率器件的需求高度契合。 对于阳光电源的核心产品而言...
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...
基于帽层设计的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管电学性能研究
Study on electrical performance of AlGaN/GaN high electron mobility transistor based on cap layer design
Tieying Zhang · Peng Cui · Xin Luo · Siheng Chen 等11人 · Solid-State Electronics · 2025年2月 · Vol.224
摘要 本研究探讨了不同帽层对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）电学特性的影响。通过对比制备的具有GaN和AlN帽层的AlGaN/GaN HEMTs，发现AlN帽层由于其优异的钝化效果和极化效应，能够提高二维电子气（2DEG）密度，从而获得更高的饱和电流，并使击穿电压从615 V（GaN帽层）提升至895 V（AlN帽层）。Sentaurus TCAD仿真结果验证了上述实验发现，表明AlN帽层器件中形成了更深的三角形量子势阱，导致2DEG电子密度达到1.19 × 10^13 cm^...
解读: 该AlN帽层GaN HEMT技术对阳光电源功率器件应用具有重要价值。研究显示AlN帽层可将击穿电压提升至895V，梯度帽层结构更达1308V，2DEG密度提升28%。这为我司SG系列光伏逆变器、ST储能PCS及充电桩的GaN功率模块设计提供优化方向：通过改进帽层结构可提升器件耐压等级和导通性能，支持...
基于不同钝化介质的p-GaN栅HEMT电流崩塌机制研究
Investigating the Current Collapse Mechanisms of p-GaN Gate HEMTs by Different Passivation Dielectrics
Xiangdong Li · Niels Posthuma · Benoit Bakeroot · Hu Liang 等9人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年5月
本文研究了不同钝化介质（AlON和SiN）对p-GaN栅HEMT在关断状态应力下动态导通电阻（Ron）退化的影响。研究发现，退化机制主要源于阈值电压（VTH）漂移和栅漏接入区的表面陷阱效应，并成功区分了两者影响。实验证明SiN钝化层下的表面陷阱效应显著。
解读: GaN器件作为下一代功率半导体，在阳光电源的高功率密度户用光伏逆变器及小型化充电桩产品中具有极高的应用潜力。本文深入探讨了不同钝化工艺对p-GaN栅HEMT可靠性（电流崩塌）的影响，为公司在选型宽禁带半导体器件及优化驱动电路设计时提供了关键的理论依据。建议研发团队在评估GaN功率模块时，重点关注钝化...
硅基氮化镓单片半桥功率集成电路动态导通电阻的原位测量与物理机制
In Situ Measurement and Physical Mechanism of Dynamic RON in GaN-on-Si Monolithic Half-Bridge Power IC
Xin Yang · Hongchang Cui · Zineng Yang · Matthew Porter 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2026年1月
动态导通电阻（RON）是GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）的关键稳定性问题。在导电硅衬底上的GaN单片半桥中，由于背栅效应，高侧（HS）器件的动态RON比分立HEMT更严重。本文提出了一种原位测量方法，揭示了其物理机制，为提升高频功率集成电路的可靠性提供了理论支撑。
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功率密度要求的不断提升，GaN器件的应用已成为技术演进的重要方向。该研究揭示的单片半桥结构中背栅效应导致的动态RON问题，直接影响高频变换器的效率与长期可靠性。建议研发团队在后续高频化产品设计中，重点评估GaN集成电路的衬底耦合效应，优化驱动电路与布局设...
基于互补型GaN HEMT的高频脉冲激光驱动器
High-Frequency Pulsed Laser Driver Using Complementary GaN HEMTs
Ching-Yao Liu · Chun-Hsiung Lin · Hao-Chung Kuo · Li-Chuan Tang 等8人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年2月
本文提出了一种用于高频激光雷达（LiDAR）的高效激光驱动器，旨在满足20MHz重复频率、10ns脉宽及50W瞬时功率的严苛要求。针对自动驾驶领域对高功率效率的需求，该驱动器通过互补型GaN HEMT技术优化了开关性能，显著提升了系统整体能效。
解读: 该文献探讨了GaN器件在高频脉冲应用中的性能优势。虽然阳光电源的核心业务集中在光伏逆变器和储能系统，但随着电力电子技术向高频化、高功率密度方向演进，GaN等宽禁带半导体在辅助电源、高频驱动电路及未来小型化储能控制模块中具有应用潜力。建议研发团队关注GaN器件在高频开关下的损耗特性与可靠性评估，这有助...
级联GaN高电子迁移率晶体管在单脉冲浪涌电流应力下的失效机理研究
Investigations Into Failure Mechanism of Cascode GaN HEMTs Under Single Pulse Surge Current Stress
Weihao Lu · Sheng Li · Weixiong Mao · Yanfeng Ma 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年4月
当共源共栅氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）在第三象限工作时，浪涌电流能力成为实际应用中的关键参数之一。本文研究了650 V共源共栅GaN HEMT在单脉冲浪涌电流应力下的失效行为和机制。对比实验结果表明，高浪涌电流及其导致的浪涌电压升高会使耗尽型（D型）GaN HEMT发生不可逆失效。进一步的物理失效分析将失效点定位在漏极电极附近。此外，通过混合模式仿真验证了，漏极电极附近的焦耳热会迅速积累，最终导致器件烧毁。此外，研究证明改善器件漏极金属焊盘的散热性能可提高浪涌电流能力，这为共源...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于级联GaN HEMT器件在单脉冲浪涌电流应力下失效机制的研究具有重要的工程应用价值。在光伏逆变器和储能变流器系统中，功率开关器件经常面临电网故障、负载突变等引发的浪涌电流冲击，GaN器件的第三象限工作能力直接关系到系统的可靠性和安全性。 该研究通过实验和仿真揭示了...
利用p型氧化物钝化提高AlGaN/GaN MIS-HEMT的ESD可靠性
Enhanced ESD Reliability of AlGaN/GaN MIS-HEMTs Using a p-Type Oxide Passivation
Mohammad Ateeb Munshi · Mehak Ashraf Mir · Mayank Shrivastava · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年5月
在本研究中，我们首次展示了一种基于 p 型氧化物（AlTiO）钝化的器件级解决方案，用于提高 AlGaN/GaN 金属 - 绝缘体 - 高电子迁移率晶体管（MIS - HEMT）的静电放电（ESD）可靠性。我们进行了全面的 ESD 测试，包括采用标准传输线脉冲（TLP）以及超快传输线脉冲（VF - TLP）的关态、半开态、浮栅和反向栅 - 源极应力测试。此外，还在半开态下对漏极施加非破坏性 ESD 脉冲，以研究其对器件性能的影响。与传统的 SiN 钝化 GaN MIS - HEMT 相比，所提出...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于p型氧化物钝化层的GaN MIS-HEMT静电放电（ESD）可靠性增强技术具有重要的战略价值。GaN功率器件凭借其高频、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的关键技术方向，但ESD脆弱性一直是制约其大规模应用的瓶颈。 该研究通过AlTiO ...
采用LPCVD SiN钝化的超薄势垒AlGaN/GaN HEMT以增强高功率应用性能
Enhancing ultra-thin-barrier AlGaN/GaN HEMTs with LPCVD SiN passivation for high-power applications
Jui-Sheng Wua · Chen-Hsi Tsaib · You-Chen Wenga · Edward Yi Chang · Solid-State Electronics · 2025年12月 · Vol.230
摘要 超薄势垒AlGaN/GaN HEMT提供了一种无需栅极刻蚀的解决方案，但存在较高的导通电阻和电流退化问题。在本研究中，制备了具有1 nm GaN盖层和5 nm Al0.22Ga0.78N势垒的超薄势垒AlGaN/GaN异质结构，并在其上沉积了四种不同厚度（50、60、150和220 nm）的LPCVD SiN钝化层，以解决薄势垒结构相关的载流子浓度低的问题。其中，采用220 nm LPCVD-SiN钝化的器件实现了高达907 mA/mm的最大漏极电流（ID,max）和最低的8.9 Ω·mm...
解读: 该超薄势垒GaN HEMT技术对阳光电源功率器件应用具有重要价值。通过LPCVD SiN钝化优化,器件实现907mA/mm高电流密度和8.9Ω·mm超低导通电阻,可直接应用于ST系列PCS和SG逆变器的GaN功率模块设计。超薄势垒结构免栅槽刻蚀的特性可简化工艺、提升可靠性,特别适合三电平拓扑中的高频...
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