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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...
基于金刚石散热器封装的热-力分析与优化以提升GaN HEMT性能
Thermal-Mechanical Analysis and Optimization of Diamond Heat Sink Packaging for Enhancing GaN HEMT Performance
Peng Pan · Zujun Peng · Ke Li · Wei Wang · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年11月
本研究分析了以金刚石为散热基板的功率芯片封装结构的热-力特性，显著提升了GaN HEMT的性能。通过优化纳米银焊膏焊接工艺，实现了芯片与金刚石散热体间的可靠集成，有效增强了热点区域的散热能力。理论模拟表明，相较于传统MoCu散热器，金刚石散热器具有更优的散热性能和更低的热应力。实验结果表明，在27.3 W功耗下，结到壳的热阻降低53.4%，芯片表面最高温度下降45.3%，直流输出电流提升9.2%，且功率循环寿命超过33万次无失效，验证了金刚石散热封装在提升高功率器件热电性能与可靠性方面的有效性。
解读: 该金刚石散热封装技术对阳光电源功率器件热管理具有重要应用价值。在ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器中，GaN HEMT器件的高功率密度应用面临严峻散热挑战。研究展示的金刚石散热方案可使结壳热阻降低53.4%、芯片温度下降45.3%，直接提升器件电流输出能力9.2%，这对提高PowerTitan储...
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...
肖特基型p-GaN栅HEMT的阈值电压
Vth）不稳定性对开关行为的影响
Xuyang Lu · Arnaud Videt · Soroush Faramehr · Ke Li 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年9月
肖特基型p-GaN栅GaN HEMT存在阈值电压（Vth）不稳定性问题。在电压偏置下，器件会出现Vth的正向或负向漂移，但该现象对开关行为的影响研究尚不充分。本文深入探讨了Vth漂移对器件动态开关特性的影响机制。
解读: GaN作为第三代半导体，在阳光电源的高频、高功率密度产品（如户用光伏逆变器、微型逆变器及小型充电桩）中具有巨大应用潜力。p-GaN栅HEMT的Vth不稳定性直接关系到驱动电路设计的可靠性与开关损耗的稳定性。建议研发团队在评估GaN器件选型时，重点关注该类器件在长期高压偏置下的Vth漂移特性，并优化驱...
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...
基于碳化硅、硅和蓝宝石衬底的氮化镓高电子迁移率晶体管的最大、有效和平均热阻
Maximum, effective, and average thermal resistance for GaN-based HEMTs on SiC, Si and sapphire substrates
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...
肖特基p-GaN栅HEMT在UIS应力下动态导通电阻异常降低与恢复的研究
On the Abnormal Reduction and Recovery of Dynamic RON Under UIS Stress in Schottky p-GaN Gate HEMTs
Chao Liu · Xinghuan Chen · Ruize Sun · Jingxue Lai 等10人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年8月
本文研究了肖特基p-GaN栅HEMT在非钳位感性开关（UIS）应力下的动态导通电阻（RON_dyn）异常降低与恢复现象。研究发现RON_dyn的降低与UIS峰值电压呈正相关。通过Sentaurus仿真揭示了其物理机制：UIS应力期间，冲击电离产生的电子-空穴对导致了器件内部电场与载流子分布的动态变化。
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逆变器及小型化充电桩产品中具有极高的应用潜力。该研究揭示了GaN器件在极端感性开关应力下的动态特性变化，对提升阳光电源产品的可靠性设计至关重要。建议研发团队在进行高频拓扑设计时，充分考虑UIS应力对器件动态导通电阻的影响，优化驱动电路与保护策...
基于衬底电容耦合模型的浮空衬底p-GaN HEMT动态性能分析
Dynamic Performance Analysis of p-GaN HEMTs With Floating Substrates by Substrate Capacitance Coupling Model
Wenyao Feng · Lingyan Shen · Xuetong Zhou · Yufei Tian 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年3月
对具有浮动衬底的 p - 氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）组件的动态特性进行了全面而深入的评估，并与传统应用中具有源极连接衬底的器件进行了对比。深入分析表明，两种器件具有相似的退化模式，但在瞬态应力下动态性能的恶化程度不同。实验结果显示，在 200 V 的 ${V}_{\text {DS,off}}$ 应力下，具有浮动衬底的器件的 ${V}_{\text {TH}}$ 漂移为 2.6 V，导通电阻 ${R}_{\text {on}}$ 退化 30%，而具有源极连接衬底的器件的 ${...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于浮置衬底p-GaN HEMT器件动态特性的研究具有重要的技术参考价值。GaN功率器件是新一代光伏逆变器和储能变流器的核心开关元件，直接影响系统的功率密度、转换效率和可靠性。 该研究揭示了浮置衬底与源极连接衬底两种封装方案在动态性能上的显著差异。实验数据表明，在20...
考虑镁外扩散对p-GaN/AlGaN/GaN HEMT阈值电压影响的建模
Modeling the Impact of Mg Out-Diffusion on Threshold Voltage of p-GaN/AlGaN/GaN HEMT
Nadim Ahmed · Gourab Dutta · IEEE Transactions on Electron Devices · 2024年11月
本文提出了一种针对p-GaN/AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）阈值电压（V_T）的新型解析模型，考虑了镁（Mg）掺杂剂从顶部p-GaN层向外扩散至AlGaN势垒层和GaN沟道层的影响。该模型引入了真实的Mg外扩散分布，以精确估算此类常关型器件的V_T。通过实验数据与精细校准的TCAD仿真，对模型在多种器件参数及Mg扩散分布下的准确性进行了验证。模型还可评估AlGaN层与非故意掺杂（UID）-GaN层中Mg掺杂各自的贡献，并可用于预测p-GaN层生长时长与温度对阈值电压的影响。
解读: 该p-GaN HEMT阈值电压建模技术对阳光电源GaN功率器件应用具有重要价值。通过精确预测Mg外扩散对阈值电压的影响，可优化ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器中GaN器件的可靠性设计。该模型能够指导器件筛选标准制定，预测高温工况下阈值漂移风险，对PowerTitan大型储能系统的长期稳定运行至...
射频应力下SiC衬底AlGaN/GaN HEMT的可靠性评估
Reliability Assessment Of AlGaN/GaN HEMTs on the SiC Substrate Under the RF Stress
Niemat Moultif · Olivier Latry · Eric Joubert · Mohamed Ndiaye 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年7月
本文研究了射频（RF）应力下AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的可靠性。测试表明，尽管老化后栅极接触保持稳定，但器件的射频性能和直流参数出现退化。研究指出，这种退化主要源于热电子效应导致的栅源或栅漏区域体陷阱增加。
解读: 随着阳光电源在光伏逆变器和储能PCS领域对高功率密度和高效率的追求，宽禁带半导体（如GaN和SiC）的应用日益广泛。虽然本文聚焦于射频应力，但其揭示的热电子效应和体陷阱退化机制对功率器件的长期可靠性评估具有重要参考价值。建议研发团队在下一代高频组串式逆变器或小型化储能模块设计中，参考该研究的失效机理...
一种基于单片GaN集成电路的电源电压不敏感双晶体管PTAT/CTAT温度传感器
A Supply Voltage Insensitive Two-Transistor Temperature Sensor With PTAT/CTAT Outputs Based on Monolithic GaN Integrated Circuits
Ang Li · Fan Li · Kaiwen Chen · Yuhao Zhu 等8人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2023年9月
本文提出了一种基于氮化镓（GaN）MIS-HEMT的单片集成双晶体管（2T）温度传感器。通过调节耗尽型（D-mode）和增强型（E-mode）器件的栅极尺寸比，实现了传感器输出在PTAT（与绝对温度成正比）和CTAT（与绝对温度成反比）模式间的转换，且具备良好的电源电压不敏感特性。
解读: 随着阳光电源在光伏逆变器和储能系统（如PowerTitan系列）中对功率密度和效率要求的不断提升，GaN等宽禁带半导体技术的应用前景广阔。该研究提出的单片集成温度传感器方案，有助于实现GaN功率模块内部的高精度实时热监测。对于阳光电源而言，该技术可集成至下一代高频、高功率密度逆变器或充电桩的驱动电路...
重复短路应力下p-GaN栅HEMT的短路能力与器件不稳定性研究
Study of the Short-Circuit Capability and Device Instability of p-GaN Gate HEMTs by Repetitive Short-Circuit Stress
Ning Yang · Chaowu Pan · Zhen Wu · Pengxiang Bai 等9人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年2月
本文研究了肖特基型p-GaN栅高电子迁移率晶体管（HEMT）在不同应力参数下的重复短路（SC）退化行为。首次记录并分析了器件特性的恢复动力学，揭示了其退化机制。研究发现，在重复短路应力下，器件表现出显著的阈值电压（VTH）漂移等不稳定性。
解读: GaN器件作为宽禁带半导体的代表，在阳光电源的高功率密度户用逆变器及小型化充电桩产品中具有巨大的应用潜力。本文揭示的p-GaN栅HEMT在重复短路下的退化机制及恢复动力学，对于优化阳光电源产品的驱动电路设计、短路保护策略及器件选型具有重要参考价值。建议研发团队在开发下一代高频、高效电力电子变换器时，...
GaN功率器件在硬开关模式下动态Ron效应的经验模型评估与建立
Evaluation and Establishment of an Empirical Model for the Dynamic Ron Effect of GaN Power Device in Hard Switching Mode
Shaoyu Sun · Xu Du · Ling Xia · Wengang Wu · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年1月
近年来，氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）器件在电力应用中的迅速普及，使得传统的GaN静态SPICE模型由于动态导通电阻（$R_{on}$）效应，无法满足高压、高频电路设计的要求。本文评估了一款商用100 V肖特基型p - GaN HEMT在硬开关模式下的动态$R_{on}$效应，并提出了一个经验动态模型。脉冲测试结果表明，栅 - 漏电压应力是动态$R_{on}$效应的主要原因。器件的AlGaN势垒层和沟道处的峰值电场会导致阈值电压正向漂移和热电子效应。通过TCAD仿真验证了这两种导...
解读: 从阳光电源的业务角度来看，该论文针对GaN HEMT器件动态导通电阻效应的研究具有重要的工程应用价值。当前，阳光电源在光伏逆变器和储能变流器产品中正积极推进第三代半导体的应用，以实现更高的功率密度和转换效率。然而，GaN器件在硬开关模式下的动态Ron效应一直是制约其在高压大功率场景应用的关键瓶颈。 ...
变频及漏源偏置应力下p-GaN HEMT输出电容提取方法
Output Capacitance Extraction of p-GaN HEMTs Under Multi Pulse Switching Across Variable Frequencies and Drain-Bias Stress
Xinzhi Liu · Junting Chen · Shanshan Wang · Sijiang Wu 等9人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 预计 2026年6月
本文提出了一种在多脉冲开关条件下提取200V肖特基p-GaN HEMT输出电容（COSS）的方法。通过栅源短路配置，在开关瞬态期间捕获CGD和CDS。为减少振荡，设计了低寄生电感的四层PCB，并分析了不同频率和偏置电压下的电容特性。
解读: GaN作为宽禁带半导体，在阳光电源的户用光伏逆变器及小型化充电桩产品中具有提升功率密度和转换效率的巨大潜力。本文提出的COSS精确提取方法，有助于优化高频开关下的损耗模型，对提升阳光电源下一代高频化、小型化逆变器及充电桩的驱动电路设计及EMI抑制具有重要参考价值。建议研发团队在后续高频功率模块设计中...
p-GaN栅极功率HEMT开关运行下动态关断漏电流的物理经验模型
A Physics-Based Empirical Model of Dynamic IOFF Under Switching Operation in p-GaN Gate Power HEMTs
Yuru Wang · Tao Chen · Mengyuan Hua · Jin Wei 等9人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2021年9月
本文基于物理机制，建立了p-GaN栅极高电子迁移率晶体管（HEMT）在开关运行下动态关断漏电流（IOFF）的经验模型。模型综合考虑了开关频率、占空比、关断延迟时间、栅极驱动电压及温度等关键运行条件对漏电流的影响。
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要求的提升，GaN器件的应用前景广阔。该模型揭示了p-GaN HEMT在动态开关过程中的漏电流演变规律，对于优化逆变器及充电桩的驱动电路设计、提升系统效率及热管理水平具有重要指导意义。建议研发团队在下一代高频化、小型化功率模块设计中，引入该...
GaN HEMT半桥故障瞬态的解析建模及其基于PCB嵌入式Rogowski线圈的过流保护
Analytical Modeling of Fault Transient in a GaN HEMT Half Bridge and Its Overcurrent Protection With PCB Embedded Rogowski Coils
P. T. Nandh Kishore · Sumit Kumar Pramanick · Soumya Shubhra Nag · IEEE Transactions on Industry Applications · 2024年10月
氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）的短路耐受时间（SCWT）较短，这对其可靠性提出了挑战，尤其在电动汽车充电器等中高功率应用中。本文基于电路中的状态变量和数据手册参数，对包含寄生元件的氮化镓高电子迁移率晶体管半桥结构中的短路故障瞬态进行建模。较高母线电压下的故障会导致瞬时功率损耗增加，进而使结温升高。这会导致器件的短路耐受时间缩短。该模型还用于估算不同直流母线电压下的故障清除时间。本文提出了一种用于氮化镓高电子迁移率晶体管的超快过流保护方案。该保护方案采用基于非侵入式印刷电路板嵌入式罗...
解读: 该研究对阳光电源的GaN器件应用具有重要参考价值。文中提出的PCB嵌入式Rogowski线圈过流保护方案可直接应用于ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器的GaN功率模块设计中,有助于提升产品可靠性。特别是在1500V高压系统中,纳秒级故障检测能力可有效防止GaN器件损坏。该技术也可优化车载OBC充...
半开启状态下射频MIS-HEMT和肖特基HEMT阈值电压偏压温度不稳定性研究
Threshold Voltage Bias Temperature Instability of RF MIS-HEMTs and Schottky HEMTs Under Semi-On State Stress
作者未知 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年8月
本研究全面探究了半导通状态条件下AlGaN/GaN金属 - 绝缘体 - 半导体高电子迁移率晶体管（MIS - HEMT）的阈值电压（ ${V}_{\text {th}}\text {)}$ 不稳定性。研究了不同温度和漏极偏置的影响。在半导通偏置条件下，对于采用10纳米原位SiN栅极电介质的MIS - HEMT，观察到高达 - 1.0 V的显著负 ${V}_{\text {th}}$ 漂移，而肖特基HEMT的 ${V}_{\text {th}}$ 漂移可忽略不计。通过对源极接地和浮空的MIS - ...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于AlGaN/GaN MIS-HEMT器件阈值电压稳定性的研究具有重要的技术参考价值。GaN功率器件是我们光伏逆变器和储能变流器中的核心开关元件，其可靠性直接影响系统的长期稳定运行和转换效率。 该研究揭示的半导通状态下阈值电压漂移问题值得高度关注。在实际应用中，我们...
p-GaN HEMT中关态漏电流形成机制的分析
Analysis of the Formation of the Off-State Leakage Current in p-GaN HEMT
Ya-Huan Lee · Po-Hsun Chen · Yu-Hsuan Yeh · Jui-Tse Hsu 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2024年12月
本研究对 p - 氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）的关态漏电流（ ${I} _{\text {off}}$ ）进行了分析。在漏极偏压较低（约低于 100 V）时，漏电流主要由源电极的穿通漏电流主导，随着偏压升高， ${I} _{\text {off}}$ 增大。然而，当漏极偏压处于中等水平（达到 400 V）时，由于栅极电子注入，穿通漏电流会减小。电子会注入到 GaN 缓冲层，间接导致 ${I} _{\text {off}}$ 减小。最后，当漏极偏压较高（达到 700 V）时，主要...
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p-GaN HEMT器件关断态漏电流机理的研究具有重要的技术参考价值。GaN功率器件凭借其高频、高效、高功率密度的特性，正逐步成为新一代光伏逆变器和储能变流器的关键功率开关元件，直接影响系统的转换效率和可靠性。 该研究揭示了p-GaN HE...
无损伤中性束刻蚀在增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管栅极凹槽工艺中的应用
Damage-Free Neutral Beam Etching for Gate Recess in E-Mode AlGaN/GaN HEMTs
作者未知 · IEEE Electron Device Letters · 2025年3月
凹槽栅刻蚀是实现增强型（E 型）AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管（HEMT）的关键技术，因为界面易受刻蚀损伤的影响。本研究采用中性束刻蚀（NBE）技术制造凹槽栅。通过调节 NBE 设备中的孔径厚度，我们模拟了中性束模式和等离子体模式刻蚀。通过直流、噪声和脉冲电流 - 电压测量，对采用这两种模式制造的 E 型 HEMT 的电学特性进行了分析和比较。结果表明，中性束刻蚀凹槽的 HEMT 表现出更优异的性能。
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项中性束刻蚀技术在增强型GaN HEMT器件制造上的突破具有重要战略意义。GaN功率器件是新一代光伏逆变器和储能变流器的核心元件，直接影响系统的功率密度、转换效率和可靠性。 该技术通过无损伤刻蚀工艺实现增强型器件，解决了传统等离子体刻蚀导致的界面损伤问题。对于阳光电源而...
通过顶部集成钻石增强多指GaN HEMT的散热性能
Enhanced Cooling of Multifinger GaN HEMTs via Topside Diamond Integration
Daniel C. Shoemaker · Kelly Woo · Yiwen Song · Mohamadali Malakoutian 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2025年9月
氮化镓高电子迁移率晶体管（HEMT）是当今 5G 功率放大器的关键组件。然而，器件过热问题使得商用器件不得不降额运行。本研究利用栅极电阻测温法，对一款 16 指 GaN/SiC HEMT 器件的顶部金刚石散热片的散热效果进行了研究。研究发现，在功率密度为 12 W/mm 时，厚度为 2 μm 的金刚石散热片可使栅极温度升高幅度降低约 20%。仿真结果表明，要使器件热阻（$R_{Th}$）降低 10%，金刚石厚度需大于 1.5 μm。对于厚度为 2 μm 的金刚石层，要实现热阻降低 10%，其热导...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项针对GaN HEMT器件的顶部金刚石散热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，正成为我们下一代光伏逆变器和储能变流器的核心选择，但散热问题一直制约着器件在额定功率下的可靠运行。 该研究通过在GaN/SiC HEMT顶部集成2微米厚金刚...
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