GaN基互補型邏輯電路的研究進展及挑戰*

張彤，劉樹強，何亮，成紹恒，李柳暗，敖金平

（1.棗莊學院人工智能學院，山東 棗莊 277160；2.工業和信息化部電子第五研究所，廣州 510610；3.吉林大學超硬材料國家重點實驗室，長春 130012；4.江南大學物聯網工程學院，江蘇 無錫 214122）

1 引言

功率電子器件（又稱為電力電子器件）在發電、輸電、變電、配電及用電過程中都發揮著重要的作用，目前約80%的電能經過功率電子電路進行轉換或回收。功率電子電路的功率密度通常由無源組件（如電感和電容）的大小決定，通過增加開關頻率可以大幅減少無源組件的儲能需求而提升功率密度。當前主流的硅基功率器件最高電能轉換效率約為90%、工作頻率為MHz量級，且已經接近其材料理論極限。氮化鎵（GaN）材料理論上能提供更高的開關頻率和更高的電能轉換效率，在保持合理開關損耗的同時可提升功率密度和瞬態性能，因此被越來越多地應用于面向快速充電、數據中心及激光雷達的高性能、緊湊型電源模塊中[1]。功率電子電路例如功率變換器除了功率器件模塊以外，通常還有柵驅動電路、保護電路、脈沖寬度調制信號發生器及反饋控制回路等外圍子模塊[2]。現有的混合集成方案中，GaN功率器件與其他外圍電路之間的焊線和引線會引入寄生電感，在高頻率開關過程中會導致開關損耗、振鈴和可靠性問題。為了充分發揮GaN功率器件的潛能，將功率開關器件和控制器、驅動等外圍電路進行全GaN單片集成是降低寄生參數的有效手段，也是GaN功率集成電路的重要發展方向。……