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全垂直式GaN-on-SiC沟槽MOSFET
Fully-Vertical GaN-on-SiC Trench MOSFETs
Jialun Li · Renqiang Zhu · Ka Ming Wong · Kei May Lau · IEEE Electron Device Letters · 2024年12月
本文首次展示了由导电 AlGaN 缓冲层实现的全垂直型碳化硅基氮化镓沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。该器件展现出良好的导通状态性能，包括 2.43 kA/cm² 的最大漏极电流密度和 5 V 的高阈值电压。在低 <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">$...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项全垂直GaN-on-SiC沟槽MOSFET技术具有重要的战略意义。该器件实现了2.43 kA/cm²的高电流密度和5V的高阈值电压，这对于我们的光伏逆变器和储能变流器产品具有直接价值。高阈值电压意味着更强的抗干扰能力和更高的系统可靠性，这在大功率应用场景中至关重要。 ...
级联GaN HEMT短路失效的物理机理研究
Physical Understanding on Short-Circuit Failure for Cascode GaN HEMTs
Xuanting Song · Jun Wang · Gaoqiang Deng · Yongzhou Zou 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年12月
短路耐受能力是开关电源中功率器件的重要指标。针对硅基和碳化硅MOSFET已有广泛研究，但对由硅MOSFET与耗尽型GaN HEMT（DHEMT）构成的级联GaN高电子迁移率晶体管，其短路失效机制尚不明确。本文通过实验与数值模拟相结合的方法，分别提取两种器件的电学特性，揭示级联结构在短路过程中的电热失效机制。结果表明，DHEMT承受的电热应力远高于硅MOSFET，更易发生热失效。进一步的热-力耦合仿真显示，异质结层间热膨胀系数差异引发的机械应力是导致DHEMT失效的根源。此外，分析了栅极控制机制对...
解读: 该级联GaN HEMT短路失效机理研究对阳光电源功率器件应用具有重要指导价值。研究揭示的DHEMT热应力集中和异质结热膨胀失配机制，可直接应用于ST系列储能变流器和SG光伏逆变器的GaN器件选型与保护设计。针对短路鲁棒性与导通电阻的折衷设计指导，有助于优化PowerTitan大型储能系统的功率模块热...
具有AlN插入层的新型增强型p沟道GaN MOSFET
Novel Enhancement-Mode p-Channel GaN MOSFETs With an AlN Insert Layer
Hai Huang · Maolin Pan · Qiang Wang · Xinling Xie 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2024年12月
在本研究中，在专为 p - GaN 高电子迁移率晶体管（HEMT）设计的商用 GaN 晶圆上展示了一款增强型（E 型）p 沟道 GaN 金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（p - MOSFET），其最大导通态电流（<inline - formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex - math notation="LaTeX">${...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于AlN插入层的增强型p沟道GaN MOSFET技术具有重要的战略意义。当前我们的光伏逆变器和储能变流器主要采用n沟道功率器件，而该技术突破为实现GaN基互补金属氧化物半导体（CMOS）架构提供了关键的p沟道器件解决方案。 该技术的核心价值在于显著改善的器件性能参数...
一种基于物理机理的SiC MOSFET与GaN HEMT变换器通用开关过程预测简易模型
A Simple and Physically Insightful Model for Generalized Switching Prediction of SiC MOSFET and GaN HEMT Based Converters
Christoph H. van der Broeck · Dennis Bura · Luis Camurca · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年4月
本研究提出了一种用于预测电力电子半桥中碳化硅（SiC）金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）和氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）开关瞬态的简单且具有物理洞察力的模型。所提出的模型具有混合结构：它将基于人工神经网络（ANN）的器件电流和电容预测与代表开关单元和栅极驱动电路主要寄生参数的状态空间模型相结合。基于人工神经网络的器件模型有助于以简单的模型结构来表征不同的器件，这一点通过碳化硅MOSFET和氮化镓HEMT得到了验证。该状态空间模型是基于开关单元的最新模型方程推...
解读: 该开关建模技术对阳光电源的高频化产品设计具有重要指导意义。模型可直接应用于SG350HX等1500V大功率光伏逆变器和PowerTitan储能变流器的SiC器件优化设计，提升开关频率和功率密度。通过准确预测开关损耗和EMI特性，可优化驱动电路和散热设计，提高产品可靠性。对车载OBC等对功率密度要求高...
基于GaN缓冲层的硅衬底上实现高击穿电压的常关型Ga2O3晶体管
High breakdown voltage normally off Ga2O3 transistors on silicon substrates using GaN buffer
Mritunjay Kumar · Vishal Khandelwal · Dhanu Chettri · Ganesh Mainali · Applied Physics Letters · 2025年1月 · Vol.126
本文报道了一种在硅衬底上利用GaN缓冲层实现的高性能常关型Ga2O3金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）。通过引入GaN缓冲层，有效缓解了Ga2O3与硅衬底之间的晶格失配和热应力问题，显著提升了外延质量与器件耐压能力。该器件表现出优异的开关特性与高击穿电压，同时实现了增强型工作模式，适用于高功率电子应用。研究为在低成本硅衬底上集成高性能氧化镓器件提供了可行路径。
解读: 该研究开发的高击穿电压Ga2O3晶体管技术对阳光电源的功率器件升级具有重要参考价值。GaN缓冲层方案可应用于公司SG系列高功率密度光伏逆变器和ST系列储能变流器的新一代功率模块设计,有望在降低成本的同时提升器件耐压性能。特别是在1500V系统应用场景中,该技术可优化三电平拓扑的开关特性,提高系统效率...
电动汽车充电系统中宽禁带器件维也纳整流器的可靠性测试
Reliability Test on Vienna Rectifier for Wide Bandgap Devices in EV Charging Systems
Bharaneedharan Balasundaram · P. Suresh · Parvathy Rajendran · It Ee Lee 等5人 · IEEE Access · 2025年1月
本研究考察维也纳整流器配置中几种电子元件的可靠性，这是功率转换系统的关键拓扑。由于当今电力电子对效率、功率密度和运行可靠性要求更高，元件选择越来越重要。研究包括极端可靠性测试如温度循环、电气过载和高频长时间运行。GaN MOSFET在多方面优于Si和SiC MOSFET，如降低导通和开关损耗、更好热管理和随时间更一致的性能。虽然GaN MOSFET总体和特别在高频高温下性能更好，SiC MOSFET相比传统Si器件显示一些改进。电容、二极管、MOSFET和电感在不同应力条件下测试可靠性。二极管和...
解读: 该宽禁带器件可靠性研究对阳光电源充电桩产品具有核心价值。阳光在电动汽车充电领域布局快充桩和充电站，GaN和SiC器件是关键技术。该维也纳整流器可靠性测试结果验证了阳光SiC/GaN器件应用策略的正确性。阳光可优化充电模块设计，采用GaN器件提升高频性能和功率密度，降低热应力和提升系统可靠性，支持80...
面向功率电子生态设计的参数化生命周期评价模型：解决MOSFET-Si与HEMT-GaN技术问题
Parametric LCA model for power electronic ecodesign process: Addressing MOSFET-Si and HEMT-GaN technological issues
Li Fang · Yannis Rosset · Benoît Sarrazin · Pierre Lefranc 等5人 · IET Power Electronics · 2025年1月 · Vol.18
本研究提出一种面向功率电子生态设计的参数化生命周期评价模型，建立设计参数与环境影响之间的动态关联，支持产品全生命周期的优化。模型融合循环经济理念，可评估并实施维修、再利用和回收策略，提升功率电子产品的可持续性。通过DC-DC降压变换器的案例分析验证了模型的有效性，表明其在推动产品开发符合环保法规与可持续发展目标方面具有实用价值。
解读: 该参数化LCA生态设计模型对阳光电源功率电子产品线具有重要应用价值。在**ST储能变流器**和**SG光伏逆变器**开发中，可通过建立MOSFET-Si与HEMT-GaN器件选型的环境影响量化评估体系，优化功率模块设计决策。模型融合的循环经济理念可指导**PowerTitan储能系统**制定维修、模...
垂直堆叠级联GaN HEMT功率模块中的热行为研究
Thermal Behavior in Vertically Stacked Cascode GaN HEMT Power Modules including Mutual Heating, Dissipation Disturbance, and Solder Voids
Sungtaek Hwang · Eun Pyo Hong · Min-Ki Kim · Dong Keun Jang 等5人 · IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology · 2025年9月
与传统的横向配置相比，垂直堆叠式共源共栅氮化镓（GaN）功率器件具有显著的电气优势，包括降低寄生电感、设计紧凑以及功率密度高等。然而，将硅MOSFET直接堆叠在GaN HEMT上方会带来重大的热挑战。本研究确定了三个主要的热问题：芯片之间的相互加热、散热路径受限以及焊料空洞导致的热退化。有限元分析（FEA）模拟表明，由于这些影响，堆叠式设计的峰值温度比横向设计大约高30%。模拟还显示，焊料空洞，尤其是硅MOSFET下方的焊料空洞，会干扰垂直热流并加剧热点的形成。通过使用定制制造的模块在重复开关操...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，该论文揭示的垂直堆叠共源共栅GaN功率模块技术对我们在光伏逆变器和储能系统领域的产品升级具有重要参考价值。垂直堆叠架构能够显著降低寄生电感、提升功率密度，这与我们追求高效率、小型化逆变器的产品路线高度契合，特别是在户用储能和工商业储能系统中，紧凑设计可直接转化为系统成本优势...
采用BaTiO3和原位SiNx钝化的AlN/GaN HEMT器件实现电流色散抑制与击穿电压提升
Current dispersion suppression and breakdown voltage enhancement on AlN/GaN HEMTs with BaTiO3 and in-situ SiNx passivation
作者未知 · IEEE Electron Device Letters · 2025年1月
本文报道了一种在栅极下方采用钛酸钡（BaTiO₃）和原位氮化硅（SiN）钝化层的氮化铝（AlN）/氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT），该晶体管可抑制电流色散，提高击穿电压和输出功率密度。栅长Lg = 113 nm的钛酸钡（BTO）AlN/GaN HEMT的最大电流密度为2.21 A/mm，最大跨导为0.27 S/mm。与仅采用氮化硅钝化的HEMT相比，BTO AlN/GaN HEMT的栅 - 漏击穿电压从35 V提高到了82 V。脉冲IV测量表明，钛酸钡钝化层显著降低了电流色散。在1...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项AlN/GaN HEMT技术突破具有重要的战略价值。该研究通过BaTiO3和原位SiNx双层钝化技术，将器件击穿电压从35V提升至82V，同时实现14.1 W/mm的功率密度和62.4%的功率附加效率，这些性能指标直接契合我们在高频、高效电力电子系统中的核心需求。 对...
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...
1200 V 全垂直式硅基氮化镓功率MOSFET
1200 V Fully-Vertical GaN-on-Si Power MOSFETs
作者未知 · IEEE Electron Device Letters · 2025年1月
我们报道了采用氟离子注入终端（FIT - MOS）的 1200 V 全垂直氮化镓（GaN）基硅沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。带有负固定电荷的 FIT 区域具有高电阻特性，可自然隔离分立器件，取代了传统的台面蚀刻终端（MET），消除了台面边缘的电场集中效应，从而使 FIT - MOS 的击穿电压从 MET - MOS 的 567 V 提升至 1277 V。此外，所制备的 FIT - MOS 的阈值电压（<inline - formula xmlns:mml="http://ww...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项1200V全垂直GaN-on-Si功率MOSFET技术具有重要的战略价值。该技术通过氟离子注入终端（FIT）工艺，将击穿电压从传统台面刻蚀方案的567V大幅提升至1277V，这一突破为我们在光伏逆变器和储能系统中采用GaN器件开辟了新路径。 对于阳光电源的核心产品线，...
基于磁耦合闭环控制的GaN HEMT有源栅极驱动器以抑制关断时漏源电压过冲及电磁干扰
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5月
与传统的硅金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（Si MOSFET）相比，氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）具有更快的开关速度。在GaN HEMT的关断过程中，电流的快速下降会导致严重的漏源电压过冲和电磁干扰，这限制了其可靠性和应用场景。为解决这些问题，本文提出了一种基于磁耦合闭环控制（MCCLC）的GaN HEMT有源栅极驱动器。在MCCLC中，布置在功率回路附近的线圈能够在完全电气隔离的条件下，准确地提供功率侧的电流变化率（di/dt）反馈，这比传统方法更可靠。所提出的方法不需...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于磁耦合闭环控制的GaN HEMT有源栅极驱动技术具有重要的战略价值。在光伏逆变器和储能变流器等核心产品中，GaN功率器件的应用是实现高功率密度、高效率的关键路径，但关断过程中的电压过冲和EMI问题一直制约着其在大功率场景的可靠应用。 该技术通过磁耦合方式实现di/...
堆叠式强耦合GaN/SiC级联器件及其快速开关与可回收强dv/dt控制
Stacked Strongly Coupled GaN/SiC Cascode Device With Fast Switching and Reclaimed Strong dv/dt Control
作者未知 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年1月
我们提出了一种氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN - HEMT）/碳化硅结型场效应晶体管（SiC - JFET）共源共栅器件，该器件用高质量的氮化镓二维电子气（2DEG）沟道取代了碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC MOSFET）中对性能和可靠性限制最大的低迁移率MOS沟道。与SiC MOSFET相比，GaN/SiC共源共栅器件的p - GaN栅极堆叠结构具有更低的栅极电荷<inline - formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/Ma...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项GaN/SiC共栅极级联器件技术具有重要的战略价值。该技术通过将GaN HEMT的高质量二维电子气沟道与SiC JFET结合，有效规避了传统SiC MOSFET低迁移率MOS沟道的性能瓶颈，这对我们的光伏逆变器和储能变流器产品线具有显著的性能提升潜力。 该技术的核心优...
高性能二维AsS空穴型晶体管中亚热载流子输运的理论研究
Theoretical Study of High-Performance Two-Dimensional AsS P-Type Transistors Featuring Subthermionic Transport
Weicong Sun · Hengze Qu · Chuyao Chen · Xi Yu 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年7月
二维材料晶体管在下一代高速、低功耗互补金属氧化物半导体（CMOS）集成方面展现出巨大潜力。然而，与n型金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）相比，p型MOSFET的导通态电流较小，功耗较高。在这项工作中，我们结合第一性原理计算和非平衡格林函数（NEGF）方法，研究了二维硫化砷（2 - D AsS）的电子性质和量子输运特性。二维AsS具有1.27 eV的直接带隙，空穴有效质量较小（x方向为$0.46m_0$，y方向为$0.15m_0$）。对于沟道长度在8至10 nm范围内的二维AsS p -...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于二维AsS材料p型晶体管的研究虽属基础半导体领域，但其突破性进展对我们的核心产品具有长远战略意义。 在光伏逆变器和储能系统领域，功率转换效率与功耗控制是核心竞争力所在。该研究展示的p型MOSFET实现了30-50 mV/dec的亚阈值摆幅，突破了传统玻尔兹曼极限（...