本文从gan功率器件的可靠性和sic功率器件的稳定性两部分论述了gan和sic功率系统的性能。

谈到硅基器件的有效和可靠的替代品，碳化硅(sic)和氮化镓(gan)是与电力相关应用的理想替代品。Sic和gan在大功率电路中具有独特的开关特性，使其更加高效和紧凑。这是通过开关中的低导电晶体管电阻和高电压故障实现的



到目前为止，由这些宽带碱材料制成的晶体管已经有了工作原型，展示了最好的输出，表明了未来强大应用的巨大潜力。然而，在设计碳化硅和氮化镓设计时，工程师在理解开关行为和热控制方面仍然面临一些问题，以克服高功率密度。可靠性是未来链条和系统运行市场中能源设备安装的一个因素。


gan功率器件的可靠性
晶体管gan的结构设计及存在问题:在操作过程中，晶体管gan采用二维电子气(2度)的非均质结构，具有高密度载流子和高电子迁移率(algan/gan)。在这个阶段可能会有很多技术上的困难，特别是电流高压流的击穿，其中电流高压流的电流在应用后会减小。通过去除电场来消除这个陷阱，因此氮化镓样品可以用来分析开关系统。此外，晶体管还用于蜂窝基站的高频功率晶体管的商业化。虽然电压已增加到50v，但该系统在更高电压下仍表现出平滑的晶体管操作。图2显示了晶体管gan中的电流击穿


栅极注入晶体管的可靠性:海藻/氮化镓中高浓度的介质对不断关闭的氮化镓晶体管的运行产生小问题。应从p栅格引入洞洞，以加强沟槽中电子的形成。这个过程称为电导率调制。即使在正常关闭的晶体管中，这也会导致低导电性电阻和高电流。另外，带网格注入(git)的晶体管可以通过在异质交叉处放置藻类网格来解决这个问题。同时，通道在封闭下完全枯竭。具有700nc的低ronqg (RON:电阻，qg:栅极电荷)比现代硅驼鹿超跃迁小三分之一，并且具有更高的高速开关潜力。脉冲电压测量(i-v)用于描述在si背景下git电流的崩溃。使用电网电压在关和零位移，以及非常短的泄漏脉冲。图3显示了git的截面图。


推进装置的可靠性

Sic结构设计和晶体管问题:利用偏心衬底上的晶体和Sic可扩展膜质量的改进，在Sic衬底上安装Sic功率器件。用于批量生产的系统配置了双扩散most (dmos)。这通常用于现有的si most容量。碳化硅晶体管的主要缺点之一是在施加高正或负电压后。这可能会破坏晶体管sic的可靠性，并最终破坏器件的运行。当施加高栅极电压时，捕获的电子/空穴取决于栅极电压。这会导致阈值电压的变化。另一个可靠性问题可能是基于pn跃迁的立体晶的退化。一旦基础平面开始形成，这就开始了，因此需要更好的延展性。

二极管集成mosfet (diomos)和可靠性:为了最终降低sic开关芯片的成本，提供了二极管集成mosfet半导体(diomos)。


如图4所示，diomos具有在栅格绝缘下形成的通道的附加外层。利用沟道层作为反向电流路径，集成二极管不受反向电流的影响。在diomos栅格下，带有重氮合金的薄沟槽外层将电子势垒降低到0.8 ev。这对于调整器件的反向导电性是至关重要的。在观察diomos i-v的特性时，发现反向二极管具有较低的内置电压。此外，阈值电压从正移到15v和负移到15v没有变化。由于diomos具有长达1000小时的稳定性能，因此diomos可以用于具有足够可靠性的实际开关应用。

结论和建议

在总结传统器件及其可靠性的基础上，讨论了松下公司开发的最先进的功率开关器件gan和sic。使用sic二极管，包括反向二极管，可以降低系统芯片的总成本。在施加高压栅格位移并完成体积二极管的退化后，在不移动阈值电压的情况下稳定运行。

对由碳化硅和氮化镓组成的演示推进装置进行了高温反驱试验。测试持续了1000多个小时，这使得它们有望在未来提高电子工业中电力开关系统的效率。