6月8日，南方科技大學(xué)在官網(wǎng)宣布，他們研發(fā)的GaN器件取得了突破性進(jìn)展——成功將器件的閾值從1.7V提升到8.4V，解決了閾值低和閾值不穩(wěn)定問題。

而有了這項(xiàng)技術(shù)，氮化鎵有望能夠采用通用型驅(qū)動(dòng)器，而無需定制驅(qū)動(dòng)器，可以提高安全性，降低整體成本，將進(jìn)一步推動(dòng)氮化鎵的普及。相關(guān)研究成果已發(fā)表在IEEE International Electron Devices Meeting和IEEE Electron Device Letters上。

 

在理想情況下，65%的硅基功率器件應(yīng)用都可以采用氮化鎵進(jìn)行替代，但是前提是要解決2個(gè)問題：成本較高，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，特別是后者。
 

相比之下，硅器件驅(qū)動(dòng)電路選擇性非常廣，而GaN器件對(duì)驅(qū)動(dòng)的要求很嚴(yán)苛，需要專門的驅(qū)動(dòng)器，從而增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜度，也額外增加了系統(tǒng)成本。
 

據(jù)南科大解釋，現(xiàn)有的基于“p型氮化鎵肖特基柵極”的商用氮化鎵功率晶體管存在閾值低和閾值不穩(wěn)定問題，從而對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)電路提出了苛刻的要求，并對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)的安全性提出了挑戰(zhàn)。
 

為此，通過優(yōu)化GaN器件結(jié)構(gòu)，來簡化驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，成為了業(yè)界的研發(fā)焦點(diǎn)。

南科大研究發(fā)現(xiàn)，柵極p-GaN是氮化鎵功率晶體管閾值不穩(wěn)定性的主要來源。當(dāng)p-GaN空穴量不足時(shí)，功率晶體管的閾值就會(huì)往正向漂移。傳統(tǒng)氮化鎵功率晶體管的p-GaN層為浮空狀態(tài)，空穴量無法被直接控制，從而導(dǎo)致了器件閾值的不穩(wěn)定。
 

為了解決這個(gè)問題，南科大提出一個(gè)新思路——將柵極p-GaN層用一個(gè)p型晶體管與源極進(jìn)行，通過p型晶體管來控制p-GaN層與源極的空穴交換。

根據(jù)該思路，南科大制備了一種新型氮化鎵功率晶體管，成功將器件的閾值從1.7V提升到3.2-8.4V范圍內(nèi)，可據(jù)需求自由調(diào)節(jié)，并實(shí)現(xiàn)了較高的閾值穩(wěn)定性。
 

另外，該器件還解決了另一個(gè)難題——在傳統(tǒng)的氮化鎵功率晶體管中，閾值、反向?qū)妷?、比?dǎo)通電阻存在很強(qiáng)的耦合關(guān)系，無法單獨(dú)優(yōu)化其中一個(gè)性能，而不影響其他方面的性能。而南科大提出的結(jié)構(gòu)在很大程度上，可以使閾值、反向?qū)妷?、比?dǎo)通電阻三者進(jìn)行解耦，從而為同時(shí)優(yōu)化三種性能提供了空間。

有了這項(xiàng)技術(shù)突破，預(yù)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路難題將可以得到解決，氮化鎵器件未來的發(fā)展速度將會(huì)越來越快，無論是智能手機(jī)，還是廚房電器和電動(dòng)汽車，氮化鎵都有望成為一種高性價(jià)比的功率轉(zhuǎn)換解決方案。