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一张图看懂GaN功率管的结构及工作原理

【导读】这里的一张图就能让大家搞清楚GaN功率管的结构及工作原理,常关型GaN功率管通常称为增强型GaN功率管,设计增强型GaN功率管有四种方法。

1、GaN和AlGaN材料特性不同,GaN和AlGaN构成的异质结的表面形成应力,由于晶体产生的压电效应,在GaN表层内部靠近结的一个薄层区域产生电子聚集,从而形成导电层,这个薄层的导电区域就是所谓的二维电子气2-DEG,如图中红色虚线和红色图例所示。

2-DEG:Two Dimensional Electron Gas

2、GaN和AlGaN异质结内在的产生导电的二维电子气,常开型GaN器件通常称为耗尽型GaN功率晶体管,必须在Gate加上反压,才能将Gate下面AlGaN层中的二维电子气去除,从而将器件关断。这种常开型器件在应用中会产生许多问题,因此不太适合实际的应用。

耗尽:Depletion

金属绝缘半导体:Metal Insulated Semiconductor

3、常关型GaN功率管通常称为增强型GaN功率管,设计增强型GaN功率管有四种方法:

(1)Gate在AlGaN层中凹陷下移

当Gate在AlGaN层中下移,Gate下方AlGaN层变薄,结应力减小,当其尺寸减小到一定值,就可以去除Gate下方GaN层中的二维电子气。Gate加正向电压,电子被吸引到其下方,Gate电压大于一定值时,就可以恢复Gate下方GaN层中的二维电子气,从而开始导电。

(2)Gate下方AlGaN层中注入氟原子

AlGaN层中的氟原子可以捕获电子,从而去除Gate下方GaN层中的二维电子气。

(3)使用P型Gate

P型Gate产生正电荷,从而去除Gate下方GaN层中的二维电子气,这也是目前商业化产品常用一种方法。

(4)使用级连的结构

将一个MOSFET和GaN串联级连,从而形成常关型器件,早期GaN采用这种结构,现在越来越少使用。

4、衬底Substrate主要是Si、SiC或其它材料。

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