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基于数字孪生的储能系统电池热管理优化与寿命预测
Reliability Issues and Degradation Mechanisms of p-GaN Gated E-Mode AlGaN/GaN Power HEMTs: A Critical Review
J. Ajayan · Asisa Kumar Panigrahy · Sachidananda Sen · Maneesh Kumar 等5人 · IEEE Access · 2025年5月
储能系统电池热管理对性能和寿命至关重要,传统控制策略缺乏预见性。本文提出基于数字孪生的热管理优化方法,通过实时热仿真和寿命预测模型优化冷却策略,延长电池循环寿命。
解读: 该数字孪生热管理技术可应用于阳光电源ST系列储能系统。通过虚实融合的热管理优化,提升电池一致性和循环寿命,降低热管理能耗,实现储能系统的精细化温度控制,为大规模储能电站提供智能热管理方案。...
基于电流瞬态特征的p-GaN HEMT在重复ESD应力下的在线退化感知与机理分析
Online Degradation Sensing and Mechanism Analysis for p-GaN HEMTs Under Repetitive ESD Stresses Based on Current Transient Feature
Xiangxing Jiang · Yiqiang Chen · Bo Hou · Chuan Song 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 预计 2026年6月
针对p-GaN栅极增强型GaN HEMT的可靠性挑战，本文提出了一种基于电流瞬态特征的在线退化感知方法。通过追踪器件在重复静电放电（ESD）应力下的电流变化，实现了对器件退化状态的实时监测，并深入分析了其失效机理，为提升宽禁带半导体器件在电力电子系统中的可靠性提供了理论支撑。
解读: GaN作为宽禁带半导体，是阳光电源下一代高功率密度光伏逆变器和户用储能产品的关键技术储备。该研究提出的在线退化感知方法，对于提升阳光电源组串式逆变器及微型逆变器中功率模块的长期可靠性具有重要意义。建议研发团队关注该电流瞬态特征监测技术，将其集成至iSolarCloud智能运维平台或逆变器驱动电路中，...
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...
面向P-GaN栅HEMT的物理基础紧凑模型：完整Q–VD与C–VD响应
Physics-Based Compact Model for P-GaN-Gate HEMT Featuring Complete Responses of Q–VD and C–VD
Kaiyuan Zhao · Huolin Huang · Luqiao Yin · Aiying Guo 等7人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年12月 · Vol.73
本文提出一种物理基础P-GaN栅HEMT紧凑模型，首次实现栅电荷Qg与栅-漏电压VD的显式关联，并精确分解Cgg为Cgs与Cgd，支撑E-mode GaN器件在高频高效率变换器中的精准建模与SPICE仿真。
解读: 该模型显著提升GaN器件在高频光伏逆变器（如SG320HX组串式逆变器）和储能变流器（ST系列PCS）中的动态特性建模精度，尤其利于优化开关损耗、dv/dt抑制及EMI预测。阳光电源可基于此模型加速GaN基高效拓扑（如图腾柱PFC、双向LLC）在户用光储系统中的工程落地，并为PowerTitan下一...
具有分段延伸p型GaN栅极结构的常关型AlGaN/GaN HEMT的电学与光学表征
Electrical and Optical Characterization of a Normally-Off AlGaN/GaN HEMT With a Segmented-Extended p-GaN Gate Structure
Xinyue Dai · Qimeng Jiang · Baikui Li · Haiyang Li 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年8月
本文提出了一种分段扩展 p - GaN（SEP）栅极结构，并将其应用于 p - GaN/AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管（HEMT）中。与传统的 p - GaN HEMT 相比，SEP - HEMT 具有以下特点：1）关态泄漏电流降低，击穿电压提高，这归因于扩展 p - GaN（EP）区域实现了电场分布的优化；2）分段架构抑制了寄生效应，从而改善了动态特性。通过脉冲 I - V 测量研究了器件的动态行为，结果表明，在评估的结构中，SEP - HEMT 的动态退化最小。电致发光（EL）表征显...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项分段延伸p-GaN栅极结构的GaN HEMT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，常关型（Normally-Off）GaN器件是实现高效率、高功率密度系统的关键突破点。 该技术的核心价值体现在三个维度：首先，降低的关态漏电流和提升的击穿电压...
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...
晶圆上100-V p-GaN HEMT动态导通电阻与阈值电压漂移分析：模拟单片集成半桥电路
Analysis of Dynamic-Ron and VTH shift in on-wafer 100-V p-GaN HEMTs Emulating Monolithically Integrated Half-Bridge Circuits
Lorenzo Modica · Nicolò Zagni · Marcello Cioni · Giacomo Cappellini 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年6月
本文研究了用于单片集成半桥电路的100-V p-GaN HEMT关键参数退化特性，包括阈值电压（VTH）和导通电阻（RON）。通过定制测试平台模拟高边（HS）与低边（LS）器件的应力条件，发现HS器件因源漏间有限电压导致ON态下亦发生退化。实验中器件以周期开关（Ts=10 μs, tON=2 μs）运行长达1000秒，并长期监测VTH与RON时变行为。结合数值仿真分析，结果显示HS与LS器件参数退化趋势一致，但HS退化更显著，归因于背栅效应。不同衬底温度测试获得约0.7 eV的激活能，表明C相关...
解读: 该p-GaN HEMT动态特性研究对阳光电源功率器件应用具有重要价值。研究揭示的半桥电路中高边器件因背栅效应导致更严重的VTH和RON退化，直接关联ST储能变流器和SG逆变器的GaN器件可靠性设计。0.7eV激活能表明的C相关陷阱机制为阳光电源优化GaN模块热管理提供依据，可改进PowerTitan...
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 $175~^{\circ ...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于650V肖特基p-GaN HEMT器件反向导通可靠性的研究具有重要的战略意义。GaN功率器件凭借其无需反并联二极管即可高效反向导通的特性，能够显著降低功率损耗并提升开关频率，这与我们在光伏逆变器和储能变流器领域追求的高效率、高功率密度目标高度契合。 该研究揭示的两...
首次实验证明采用TiNxOy电阻场板的p-GaN HEMT器件实现BV与Ron的同时提升
First Experimental Demonstration of TiNxOy Resistive Field Plate on p-GaN HEMTs With Simultaneously Enhanced BV and Ron
Zhuocheng Wang · Wanjun Chen · Fangzhou Wang · Cheng Yu 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年6月
本研究展示了采用电阻场板（RFP）的 p - GaN 高电子迁移率晶体管（HEMT），该晶体管可同时改善导通态和关断态性能。RFP - HEMT 的特点是具有高电阻率的氮氧化钛（TiNₓOᵧ）电阻钝化层，该层从源极向漏极延伸。由于表面电场（E 场）调制效应和二维电子气（2 - DEG）增强效应，所设计的 RFP - HEMT 不仅在阻断状态下实现了更高的击穿电压（BV），而且在导通状态下实现了更低的导通电阻（$R_{\text {on}}$）。与传统的绝缘钝化器件相比，栅极 - 漏极间距为 20...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于TiNxOy电阻场板的p-GaN HEMT技术具有重要的战略价值。该技术通过创新的电阻钝化层设计，突破了传统功率器件击穿电压与导通电阻之间的权衡限制，实现了1860V击穿电压提升111%的同时，导通电阻降低25%，功率优值(BFOM)提升近5倍，这对我们的光伏逆变器...
氧等离子体与后退火辅助表面氧化实现高阈值电压E型p-GaN HEMTs
Oxygen plasma and post-annealing assisted surface oxidation for high- _V_ th E-mode _p_-GaN HEMTs
Mao Jia · Bin Hou · Ling Yang · Zhiqiang Xue 等5人 · Applied Physics Letters · 2025年5月 · Vol.126
本文提出了一种结合氧等离子体处理与后退火工艺的表面氧化方法，用于制备高阈值电压（_V_th）的增强型p-GaN栅高电子迁移率晶体管（E-mode _p_-GaN HEMTs）。通过氧等离子体在p-GaN表面形成可控的氧化层，再经氮气氛围下高温退火优化界面质量，有效提升了栅介质与p-GaN间的界面特性，增强了Mg受主激活。该方法实现了稳定的增强型工作特性，阈值电压高达2.9 V，并显著降低了栅泄漏电流。研究为高性能E-mode HEMT器件的可控制备提供了可行方案。
解读: 该高阈值电压E型p-GaN HEMT技术对阳光电源的功率变换产品具有重要应用价值。通过氧等离子体和退火工艺提升的2.9V阈值电压，可显著改善GaN器件的开关特性和可靠性，特别适合应用于ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器的高频化设计。降低的栅极漏电流有助于提升系统效率，对车载OBC等对功率密度要求...
p-GaN栅极HEMT在单粒子烧毁条件下载流子抽取相关失效机制的对比分析
Comparative Analysis of Carrier Extraction Related Failure Mechanisms in P-GaN HEMTs Under Single-Event Burnouts
作者未知 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年5月
本文通过基于 $181Ta^{{31}+}$ 离子辐射实验和 TCAD 仿真的对比分析，探讨了 p - GaN 栅高电子迁移率晶体管（HEMT）在单粒子烧毁（SEB）情况下与载流子抽取相关的失效机制。分别在栅极（HB - HEMTs）、衬底（SF - HEMTs）和漏极电极（SD - HEMTs）引入势垒，以分离并研究载流子抽取路径的作用。通过实验和电流 - 电压 - 温度测量识别出不同的 SEB 特性，同时结合雪崩和温度模型的单粒子仿真确认了具体的失效机制。HB - HEMTs 表现出金属/p...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于p-GaN HEMT器件单粒子烧毁机制的研究具有重要的战略价值。GaN基功率器件凭借其高频、高效、高功率密度的特性，正成为光伏逆变器和储能变流器的核心技术方向，直接影响系统的转换效率和可靠性。 该研究通过辐射实验和TCAD仿真，系统揭示了载流子提取路径对器件抗辐射...
负栅压关态下p-GaN HEMT重离子辐照硬度的实验研究
Experimental Study of Heavy Ion Irradiation Hardness for p-GaN HEMTs Under Off-State With Negative Gate Voltage
Xintong Xie · Shuxiang Sun · Jingyu Shen · Renkuan Liu 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2025年5月
本研究首次证明，关态时施加负栅极电压（ ${V} _{\text {GS}}$ ）可提高 100 V 增强型 p 型氮化镓高电子迁移率晶体管（E - mode p - GaN HEMTs）的单粒子效应（SEE）抗扰度。当受到线性能量转移为 78.40 MeV/（mg/cm²）的钽离子辐照时，与施加零 ${V} _{\text {GS}}$ 相比，施加负 ${V} _{\text {GS}}$ 可显著降低辐照期间的单粒子瞬态（SET）电流峰值。此外，负 ${V} _{\text {GS}}$ 可抑...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于p-GaN HEMT器件抗辐射加固技术的研究具有重要的战略参考价值。GaN基功率器件因其高频、高效、高功率密度特性，正逐步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。 该研究首次验证了在关断状态下施加负栅压可显著提升p-GaN HEMT的抗单粒子效应能力，...
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 ${...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于浮置衬底p-GaN HEMT器件动态特性的研究具有重要的技术参考价值。GaN功率器件是新一代光伏逆变器和储能变流器的核心开关元件，直接影响系统的功率密度、转换效率和可靠性。 该研究揭示了浮置衬底与源极连接衬底两种封装方案在动态性能上的显著差异。实验数据表明，在20...
X射线辐照诱导的p-GaN肖特基栅HEMT阈值电压不稳定性
X-Ray Irradiation-Induced VTH Instability in Schottky-Gate p-GaN HEMTs
Yu Rong · Feng Zhou · Wenfeng Wang · Can Zou 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年3月
p型氮化镓（p - GaN）肖特基栅结构增强型（E - mode）高电子迁移率晶体管（HEMT）在辐照应用方面具有巨大潜力，但其阈值电压（$V_{TH}$）的不稳定性仍在研究之中。在这项工作中，通过构建一个剂量可调且集成了外围偏置电路的X射线辐照在线监测系统，全面研究了阈值电压（$V_{TH}$）的不稳定性与辐照剂量和漏极偏置的关系。在仅进行辐照的条件下，该器件在低剂量辐照时呈现出负的$V_{TH}$漂移，随后在高剂量辐照时出现正的$V_{TH}$漂移。通过进行数值模拟、霍尔测量和电容 - 电压...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于p-GaN肖特基栅结构HEMT器件在X射线辐照下阈值电压稳定性的研究具有重要的战略参考价值。GaN基高电子迁移率晶体管（HEMT）作为第三代宽禁带半导体器件，在光伏逆变器和储能变流器的功率转换环节具有显著优势，其高频开关特性和低导通损耗可直接提升系统效率和功率密度。...
基于6英寸Si的MIS p-GaN隧穿栅HEMT：一种提升栅极可靠性的新方法
MIS p-GaN Tunneling Gate HEMTs on 6-In Si: A Novel Approach to Enhance Gate Reliability
Zhanfei Han · Xiangdong Li · Jian Ji · Qiushuang Li 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年2月
为了提高 p - GaN 栅高电子迁移率晶体管（HEMT）的栅极摆幅并降低栅极泄漏，本工作引入了具有超薄 Al₂O₃ 隧穿层的新型金属 - 绝缘体 - 半导体（MIS）p - GaN 隧穿栅 HEMT。通过改变原子层沉积（ALD）的氧源以及 MIS 结构中 Al₂O₃ 的厚度，我们得到以下结果：1）使用 H₂O 作为氧源进行 Al₂O₃ 沉积时引入的过量氢会严重使 Mg 掺杂剂失活，使阈值电压 $V_{\text {TH}}$ 负向漂移，并损害动态性能；2）MIS 结构可有效提高正向偏置栅极击穿...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项MIS p-GaN隧穿栅极HEMT技术对我们在光伏逆变器和储能系统中的功率器件应用具有重要战略意义。 该技术通过在p-GaN栅极结构中引入超薄Al2O3隧穿层，有效解决了传统p-GaN栅极HEMT的核心痛点。对于阳光电源的高功率密度逆变器产品，该技术带来的正向栅极击穿...
具有非钳位感性开关和紫外脉冲激光辐照下抗浪涌能量能力的高鲁棒性p-GaN栅极HEMT
Highly Robust p-GaN Gate HEMT With Surge-Energy Ruggedness Under Unclamped Inductive Switching and UV Pulse Laser Irradiation
Feng Zhou · Tianyang Zhou · Can Zou · Rong Yu 等6人 · IEEE Electron Device Letters · 2024年11月
非雪崩型 p - GaN 栅高电子迁移率晶体管（HEMT）对于动态过电压（ ${V}_{\text {over.}}\text {)}$ ）和瞬态浪涌能量（ ${E}_{\text {sur.}}\text {)}$ ）冲击的鲁棒性对于器件应用至关重要，尤其对于高功率开关应用而言。在本研究中，通过精心构建从漏极到源极的能量耗散通道，所提出的器件成功具备了承受动态过电压并安全耗散浪涌能量的能力，实现了 1.85 kV 的最大动态过电压（ ${V}_{\text {over.}}$ ）和 11.7 ...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项p-GaN栅极HEMT器件的鲁棒性突破具有重要战略意义。该技术在非雪崩模式下实现了1.85kV的动态过压承受能力和11.7 J/cm²的浪涌能量耐受度，这一性能指标直接契合我们光伏逆变器和储能变流器在实际工况中面临的关键痛点。 在光伏逆变器应用中，电网扰动、雷击浪涌和...
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...
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...