一种基于氮化镓功率器件和超级电容的台区融合终端电源系统设计

传统的配电终端电源系统由主电源模块和后备电源模块组成。主电源模块普遍采用基于硅基功率器件的开关电源,功率开关器件损耗较大,温升明显。后备电源采用电池组或者大电容组,面临寿命短、功率密度低、受温度影响的放电性能和受限制的充放电电流等问题。为了解决这个问题,提出一种基于氮化镓功率器件和超级电容的台区融合终端电源系统,设计了包括主、后备电源的整体电路架构。在主电源侧,提出了适用于配电台区场景,基于氮化镓功率器件的功率开关管的额定电压电流的选型方法,基于Cascode级联型氮化镓功率器件的驱动电路设计方法;在后备电源侧,提出了后备电源工作电压、容量设计方法。最后,开发出一款基于上述关键技术的电源系统,并采用电能质量测试仪和数字录波器搭建试验环境,对电源系统进行输出稳定性、能效、主后备电源模块切换特性进行试验。试验结果表明,所设计的电源系统在异常工况下,仍具有电压稳定输出和高转换效率特性,有一定工程实用性。

5G基站用740MHz~960MHz 705W GaN功率器件的研制

为了提升740MHz~960MHz 705W GaN功率器件的输出功率和抗失配能力,对GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)和GaN功率器件进行设计,采用双场板技术和背面通孔技术解决器件击穿电压低和抗负载失配能力差的问题。同时,基于预匹配技术和金属陶瓷封装技术,成功研制出Dohert结构的GaN功率器件。对设计出的GaN功率器件进行测试,在工作电压为48V、工作频段为740MHz~960MHz的条件下,实现输出功率达到708W,带内功率附加效率最高达77.8%,功率增益大于16.5dB,抗失配能力达到5:1的性能指标。

氮化镓功率半导体器件技术

作为第三代半导体材料的典型代表,宽禁带半导体氮化镓(GaN)具有许多硅材料所不具备的优异性能,是高频、高压、高温和大功率应用的优良半导体材料,在民用和军事领域具有广阔的应用前景。随着GaN技术的进步,特别是大直径硅(Si)基GaN外延技术的逐步成熟并商用化,GaN功率半导体技术有望成为高性能低成本功率技术解决方案,从而受到国际著名半导体厂商和研究单位的关注。总结了GaN功率半导体器件的最新研究,并对GaN功率器件发展所涉及的器件击穿机理与耐压优化、器件物理与模型、电流崩塌效应、工艺技术以及材料发展等问题进行了分析与概述。

面向空间应用的GaN功率器件及其辐射效应

研究氮化镓(GaN)功率器件及其辐射效应对于解决空间应用需求、促进新一代航天器建设具有重大意义。介绍了GaN功率器件的主要结构及工作原理,综述了近年来国内外在GaN功率器件的总剂量效应和单粒子效应两方面的研究进展,并对辐射效应在GaN功率器件中造成的退化和损伤机制进行分析与讨论。研究结果显示:GaN功率器件具有较强的抗总剂量能力,但是抗单粒子能力较弱,易发生漏电和单粒子烧毁,且烧毁点多发生在栅极边缘的漏侧。对GaN功率器件辐照损伤机理的研究缺乏权威理论,有待进一步探索,为其空间应用提供理论支撑。目前,平面结构的GaN功率器件是主流的技术方案,单片集成及高频小型化是GaN功率器件未来发展的方向。

氮化镓微波功率器件研究动态(下)

（上接2012年第4期第61页）4．1．3KORRIGAN的成果KORRIGAN分为四个子项目：材料、工艺、可靠性、热量管理和封装。经过五年的努力，KORRIGAN已实现下列成果：

氮化镓功率电子器件封装技术研究进展

氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)以其击穿场强高、导通电阻低、转换效率高等特点引起科研人员的广泛关注并有望应用于电力电子系统中,但其高功率密度和高频特性给封装技术带来极大挑战。传统硅基电力电子器件封装中寄生电感参数较大,会引起开关振荡等问题,使GaN的优良性能难以充分发挥;另外,封装的热管理能力决定了功率器件的可靠性,若不能很好地解决器件的自热效应,会导致其性能降低,甚至芯片烧毁。本文在阐释传统封装技术应用于氮化镓功率电子器件时产生的开关震荡和热管理问题基础上,详细综述了针对以上问题进行的GaN封装技术研究进展,包括通过优化控制电路、减小电感L_(g)、提高电阻R_(g)抑制dv/dt、在栅电极上加入铁氧体磁环、优化PCB布局、提高磁通抵消量等方法解决寄生电感导致的开关振荡、高导热材料金刚石在器件热管理中的应用、器件封装结构改进,以及其他散热技术等。

增强型氮化镓功率器件的总剂量效应

研究了P型帽层和共源共栅(Cascode)结构氮化镓(GaN)功率器件高/低剂量率辐照损伤效应。试验结果表明,P型帽层和Cascode结构GaN功率器件都不具有低剂量率损伤增强效应(ELDRS);Cascode结构GaN功率器件总剂量辐照损伤退化更明显;P型帽层结构的GaN功率器件抗总剂量能力较强。分析了二者的退化机制。试验结果为GaN功率器件空间应用提供了有益参考。

氮化镓功率电子器件上欧姆接触电极研究进展

GaN基功率电子器件已经被应用在电子产品、电气设备和充电器等领域。如何进一步提高现有GaN基功率器件性能是接下来研究的重点。其中,金属/GaN界面上较大的欧姆接触电阻一直是影响器件性能及可靠性的一个问题。该文综述总结近年来在GaN基功率器件结构中的欧姆接触电极及不同类型欧姆接触方案的研究成果。在简要介绍几种典型的功率电子器件结构中的欧姆接触之后,将分别讨论n型GaN、p型GaN、Al GaN/GaN异质结上的欧姆接触,以及对于无金欧姆接触技术的各种尝试和成果。最后,对未来的发展趋势作出展望。

工作点对氮化镓微波功率器件交调特性影响研究

氮化镓微波功率器件非常适用于卫星通信,而交调特性是通信载荷最重要的指标之一。文章首先结合器件输出特性测试结果,选取不同工作状态下的偏置点对氮化镓微波功率器件进行交调特性测试。测试结果表明,在不同的栅压范围内,器件交调特性呈现不同的变化趋势。其次,通过对器件进行跨导测试,研究交调特性与器件跨导特性的关系,并通过分析在不同偏置条件下器件跨导随射频输入信号的变化规律,对器件在不同工作状态下的交调特性进行解释。最后,通过氮化镓微波功率器件能带结构分析,研究了器件跨导随栅极电压变化的物理机制。文章的研究成果对氮化镓微波功率器件在卫星通信领域的应用具有指导意义。

北京大学在GaN功率器件可靠性与集成技术方面取得系列进展

近日,功率半导体器件领域的顶级会议IEEE International Symposiumon Power Semiconductor Devices and ICs(ISPSD)在德国不来梅市举行。本届ISPSD共收到论文投稿338篇,录用141篇,其中口头报告录用42篇。北京大学集成电路魏进/王茂俊团队与物理学院沈波团队合作的6篇高水平论文入选(包含3篇口头报告)。六篇论文内容涉及GaN功率器件热电子效应抑制技术、高性能GaNp-FET器件技术、GaN功率器件动态电阻测试平台、高栅极电压摆幅GaN功率器件、GaN功率器件短路能力提升技术、增强型GaN功率器件动态阅值漂移与误开通现象。

氮化镓器件在大功率电力电子系统中的应用

氮化镓(GaN)器件由于其卓越的开关特性,被逐渐应用于10 kW及以上系统。器件并联技术能够进一步降低GaN器件的导通损耗,增加系统的功率容量,开始成为工业界关注的重点。由于其极快的开关速度,GaN器件并联的主要挑战在于对其功率回路及驱动回路寄生参数的优化设计。探讨了并联器件特性及寄生参数对开关特性的影响,并详细给出了基于四管并联240 A/650V的半桥模块参考设计,双脉冲实验验证了半桥模块在额定电流下的开关特性。

氮化镓功率器件/模块封装技术研究进展

氮化镓(Ga N)作为典型的宽禁带半导体材料,具有高耐温、高耐击穿电压以及高电子迁移速率的优势,封装技术对于充分发挥Ga N的以上优势并保障工作可靠性十分关键。文中首先对比分析Si基、Si C基和Ga N基器件/模块封装的异同,随后从封装杂散电感、封装散热设计和封装连接可靠性3个方面,分别介绍其带来的问题以及解决方案,讨论目前研究可能存在的不足。基于综述分析,最后提出未来Ga N功率器件/模块封装技术亟待解决的问题以及研究展望。

富士通半导体明年计划量产氮化镓功率器件

富士通半导体（上海）有限公司近日宣布采用其基于硅基板的氮化镓（GaN）功率器件的服务器电源单元成功实现2．5kW的高输出功率，富士通半导体计划将于2013年下半年开始量产这些GaN功率器件。这些器件可广泛用于电源增值应用，对实现低碳社会做出重大贡献。

0.2~2.0GHz100W超宽带GaN功率放大器

设计并实现了一款基于0.25μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺的100 W超宽带功率放大器。基于SiC无源工艺设计了集成无源器件(IPD)输入预匹配电路芯片;设计了基于陶瓷基片的T型集成输出预匹配电路;基于建立的传输线变压器(TLT)的精确模型,设计了宽带阻抗变换器,在超宽频带内将50Ω的端口阻抗变换至约12.5Ω,再通过多节微带电路与预匹配后的GaN HEMT芯片实现阻抗匹配。最终,以较小的电路尺寸实现了功率放大器的超宽带性能指标。测试结果表明,功率放大器在0.2~2.0 GHz频带内,在漏极电压36 V、输入功率9 W、连续波的工作条件下,输出功率大于103 W,漏极效率大于50%,输入电压驻波比(VSWR)≤2.5。

富士通半导体明年计划量产氮化镓功率器件满足高效电源单元供应市场需求

富士通半导体（上海）有限公司宣布采用其基于硅基板的氮化镓（GaN）功率器件的服务器电源单元成功实现2．5kW的高输出功率，富士通半导体计划将于2013年下半年开始量产这些GaN功率器件。这些器件可广泛用于电源增值应用，对实现低碳社会做出重大贡献。

EPC瞄准氮化镓功率器件市场兴起机遇

功率器件一直都是由材料引导技术革新,硅材质的MOSFET已经应用多年,现在面临在功率密度、工作温度和更高电压方面的技术挑战,而解决这一问题最根本的办法是采用更高性能的材料。

基于氮化镓功率器件的高频直流 DC-DC 变换器设计

本文提出了一种基于多级飞跨电容方案的直流双向充电变换器在轨道交通领域的设计方案。该方案基于 650V 氮化镓功率器件, 采用级联自举电路供给门极驱动,为电力机车提供稳定的低压控制电并可向蓄电池充电,其 FCML 拓扑结构搭配相对应控制策略,可实现 高频化软开关。目前研发的 2kW 实验原型机可实现最高效率 98.4%,功率密度 1500W/in3,同时与传统 DC-DC 变换器对比在体积及重量 上都有大幅减小和降低。

第三代半导体GaN功率开关器件的发展现状及面临的挑战

氮化镓(GaN)材料具有优异的物理特性,非常适合于制作高温、高速和大功率电子器件,具有十分广阔的市场前景。Si衬底上GaN基功率开关器件是目前的主流技术路线,其中结型栅结构(p型栅)和共源共栅级联结构(Cascode)的常关型器件已经逐步实现产业化,并在通用电源及光伏逆变等领域得到应用。但是鉴于以上两种器件结构存在的缺点,业界更加期待能更充分发挥GaN性能的"真"常关MOSFET器件。而GaN MOSFET器件的全面实用化,仍然面临着在材料外延方面和器件稳定性方面的挑战。

丰田合成成功研制出6英寸氮化镓GaN衬底,可降低器件生产成本

IT之家3月17日消息,据businesswire报道,丰田合成ToyodaGosei与大阪大学合作,成功研制出了6英寸的氮化铢GaN衬底。GaN功率器件广泛用于工业机械、汽车、家用电子等领域,随着全球碳中和的目标,GaN功率器件作为减少电力损失的一种手段而被寄予厚望,因此需要更高质量和更大直径的GaN衬底,以实现更高的生产效率(降低成本)。

IR率先推出商用氮化镓集成功率级器件

IR日前推出行业首个商用集成功率级产品系列，采用了IR革命性的氮化镓（GaN）功率器件技术平台。崭新的iP2010和iP2011系列器件是为多相和负载点（POL）应用设计的，包括服务器、路由器、交换机，以及通用POLDC—DC转换器。