第三代半導(dǎo)體GaN功率開(kāi)關(guān)器件的發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)

何　亮，劉　揚(yáng)

（1.中山大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，廣州510275；2.中山大學(xué)電力電子及控制技術(shù)研究所，廣州510275）

寬禁帶功率電子器件及其應(yīng)用專(zhuān)輯

第三代半導(dǎo)體GaN功率開(kāi)關(guān)器件的發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)

何亮1，2，劉揚(yáng)1，2

（1.中山大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，廣州510275；2.中山大學(xué)電力電子及控制技術(shù)研究所，廣州510275）

氮化鎵（GaN）材料具有優(yōu)異的物理特性，非常適合于制作高溫、高速和大功率電子器件，具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。Si襯底上GaN基功率開(kāi)關(guān)器件是目前的主流技術(shù)路線，其中結(jié)型柵結(jié)構(gòu)（p型柵）和共源共柵級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)（Cascode）的常關(guān)型器件已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并在通用電源及光伏逆變等領(lǐng)域得到應(yīng)用。但是鑒于以上兩種器件結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn)，業(yè)界更加期待能更充分發(fā)揮GaN性能的“真”常關(guān)MOSFET器件。而GaN MOSFET器件的全面實(shí)用化，仍然面臨著在材料外延方面和器件穩(wěn)定性方面的挑戰(zhàn)。

氮化鎵；Si襯底上GaN功率電子器件；GaN MOSFET器件；產(chǎn)業(yè)化

引言

功率電子器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，也是電力電子技術(shù)發(fā)展的重要推動(dòng)力。功率電子器件的主要功能是通過(guò)器件的高速開(kāi)關(guān)完成各種電能形式的相互變換，主要包括交直流轉(zhuǎn)換、高低壓變換、交流頻率變換等等一系列能量形式的變換，從而可以將發(fā)電站輸出的電能——“粗電”變換成日常生活可以使用的各種“細(xì)電”。可見(jiàn)器件性能優(yōu)劣將直接影響到電能的利用效率［1］。

目前，市場(chǎng)上主流的功率電子器件主要是基于半導(dǎo)體Si材料制備的。從20個(gè)世紀(jì)70、80年代開(kāi)始，Si基微電子技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，器件形式不斷演化，性能不斷推陳出新。……