9b GaN功率半导体器件

G a N，S i C与S i性能比较高压

高频高温

G a N 器件的优势

GaN 器件具有比Si更好的性能：

p 更快的T on （100V/ns ），

更低的开关损耗p 高击穿场强，更薄

的晶片p 高电子迁移率，更低

的导通电阻

G a N 器件的应用方向

器件特性与中小功率开关电源的发展极为契合过去

现在

未

来l

直插器件l 绕线式变压器

l 表贴式器件l PCB 变压器l 更精简的系统架构

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GaN 高电子迁移率晶体管（HEMT）为耗尽型器件，门极电压<0V关断，>0V开通，与传统的增强型器件使用习惯不同

如何将其转化为增强型器件？

增强型器件的实现方式1：

Cascode GaN HEMT

正向导通反向导通V gs < V th反向导通V gs > V

th

三种工作模式下的电流路径

l与Si器件相比，具有更低的反向恢复时间（几十ns）

l典型门极驱动电压0V/12V

l导通电阻大R onCascode

=R onGaN+R onSi

l仍有较小的反向恢复损耗Q rr

增强型器件的实现方式2：

E-mode GaN HEMT 门极改进实现增强型器件的方法：a-f 分别为GaN 掺杂、AlGaN 掺杂、CF 4等离子处理、凹栅

槽、混合型

l

无寄生体二极管l

零反向恢复损耗Q rr l

更快的开关速度（百MHz ）l 典型门极驱动电压0V/6V

个人企业电源适配器平板显示器数据中心交、直流电源装置

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以典型200W AC-DC 变换解决方案为例（TV/PC）

Si器件效率92% 损耗16.5W 12W/in3

GaN器件效率96% 损耗9W 30W/in3

损耗减少 > 45 %，功率密度提升2.5倍

48V 12kW 轻度混合动力汽车逆变器（Mild Hybrid Inverter

）

混合动力汽车系统架构

GaN/Silicon 逆变器外形对比

GaN/Silicon 开关管封装对比性能对比：

n

体积缩小为1/5，重量减小为1/3n

功率损耗降低12%n

节省20%物料成本n 优化系统散热设计

n GaN器件适用于中小功率的高功率密度变换n增强型GaN器件为发展主流，Cascode与E-mode共同发展

n GaN器件的应用尚未进入商业化阶段