GaN功率电子分立器件产品类型的简介以及其特点
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admin
2019-08-18 00:18

  氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)并称为第三代半导体材料的双雄。氮化镓具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力,在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。

  相较于传统硅材料,碳化硅和氮化镓更适用于高压工作场合,其中,碳化硅更适合高温应用场合,氮化镓由于高速电子迁移的特点更适用于高频工作场合。

  国内对GaN功率器件的研究起步较晚,主要由一些科研院所及高校在国家相关科技计划的支持下开展相关研究,功率器件研究重点也更多集中在GaN微波功率器件领域。

  与氮化镓高功率半导体器件具有优异的物理性能,其在微波集成电路领域、高压和高功率领域得到了广泛应用。氮化镓高功率半导体器件也开始应用于变频器、稳压器、变压器、无线充电等领域。由于氮化镓高功率半导体器件具有低导通损耗、高电流密度等优异的物理特性,使得通讯系统可显著减少电力损耗和散热负载,运作成本可以大幅降低。

  根据新思界产业研究中心发布的《2016-2021年中国氮化镓功率电子分立器件市场发展投资分析报告》显示,2016年国内氮化镓功率电子分立器件市场需求规模仅为0.62亿元,氮化镓功率电子分类器件相关产业成熟度还很低,国内供应规模远低于需求规模,基本产品全部依赖国外进口。

  与SiC 器件类似,GaN 电力电子器件是半导体器件的另一研究热点。国内外市场上GaN功率电子分立器件产品类型为氮化镓二极管和氮化镓MOSFET。

  目前,GaN功率二极管以SBD二极管为主。其中,横向结构利用AlGaN/GaN 异质结结构,在不掺杂的情况下就可以产生电流,是目前氮化镓功率电子器件主要结构。但横向导电结构增加了器件的面积以及成本,并且器件的正向电流密度普遍偏小。而且横向结构一般应用于600V以下电压环境,亟需开发新一代垂直结构GaN功率二极管。

  新思界产业研究人员指出,90%以上的射频GaN器件的衬底都是SiC,因为SiC和GaN的晶格匹配度非常不错,而且SiC还有GaN需要的高热导率的性能。目前,国内氮化镓器件主要有碳化硅基和硅基,MACOM公司是全球唯一在射频领域采用硅基氮化镓(GaN on Si)技术的供应商,其他厂商均采用碳化硅基氮化镓(GaN on SiC)。