氮化镓功率器件的特性及其应用的研究
发布时间：2020-12-16 12:16
受制于硅材料的特性和器件的封装技术,硅功率器件的动静态性能进一步优化的空间有限,难以满足未来开关电源高效率和高功率密度的需求。因此需要高频性能表现更加优异的新型器件。在宽禁带半导体中,氮化镓功率器件是典型代表。其相比于硅材料的功率器件具有更低的导通电阻,更小的开关损耗,可以使用更小的散热片和更简单的热管理。氮化镓能够提供较低的栅极电荷,开关速度快、寄生参数小、电气参数优越,有望替代硅功率半导体器件。近几年多家半导体厂商相继推出了氮化镓功率器件,但目前所能参考的数据资料有限,所以有必要对氮化镓功率器件展开进一步的研究工作。本文介绍了氮化镓功率器件的国内外发展和研究现状,分析了其性能优势和不足。以氮化镓系统公司的单体增强型氮化镓功率器件为主要研究对象,对其动静态特性和硅功率器件进行了详细对比分析,并搭建双脉冲测试的仿真模型和实验电路,分析测试结果,进一步总结验证了氮化镓功率器件优越的高频开关特性。针对单体增强型氮化镓功率器件的开关特性,提出了在其电路仿真模型时应考虑寄生参数的问题,以及寄生参数所引起的开通关断时刻的尖峰和振铃现象可减缓的方法和策略。本文设计了独立拉灌输出的高频驱动电路,并进...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１?－１增强型ＧａＮ功率器件结构??
以及接下来将采用Ｃａｓｃｏｄｅ的Ｅ－Ｍｏｄｅ创新结构技术去除结构中的不利因素，??得一步提高器件的性能＿ｌｈ１。而在耐流值方面，Ｔｒａｎｓｐｈｏｒｍ已经实现３０Ａ和４０Ａ??的制作，接下来将有望实现６０Ａ的突破［１９］。图１－４为其电气符号。??Ａ??Ｓｏ?１—?ｉ—〇ｓ??图Ｍ?Ｔｒａｎｓｐ丨ｌｏｒｍ公司的Ｃａｓｃｏｄｅ增强型ＧａＮ功率器件电气符号??日本半导体公司也展开了?ＧａＮ半导体器件的研宄，罗姆以及富士通等企业??已经具备了一些高水平技术和专利。丰田合成株式会社目前己经设计出国际上第??一个耐压值超过１２００Ｖ耐流值突破２０Ａ的ＧａＮ功率晶体管。之前该公司也设计??出ＧａＮ衬底的耐压值为１２００Ｖ的功率器件，而今己经掌握了实现器件并行工作??７??
散热的设计处理上，ＧａＮ材料下方的较厚的硅衬底材料可使用先进的芯片减薄??工艺技术实现去除，贴片材料采用的是具备高散热效率的特性，从而实现在功率??密度较高的情况下具有较高的散热效率。如图１－５所示。??ＧａＮＰＸ?Ｔｏｐ－ｃｏｏｌｅｄ?Ｐａｃｋａｇｅ??Ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｆ???＾ｅｎｉｖｉｓ?／?Ｔｈｅｒｍａｌ?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ??Ｈｅａｔｓｉｎｋ＊／?Ｍａｔｅｒｉａｌ?（ＴＩＭ）??图丨－５?ＧａＮＰＸ？封装图??ＧａＮ?Ｓｙｓｔｅｍｓ公司突破了开关速率，工作温度，耐压值和耐流值的约束，设??计了不同耐压等级耐流等级的ＧａＮ功率器件系列。尤其是ＧａＮ?Ｓｙｓｔｅｍｓ公司独??特的元胞岛技术可以克服现在成本、性能以及制造可行性的难题，进一步使设计??制造出得产品比其他ＧａＮ器件产品设计体积更小、效率更高。ＧａＮ?Ｓｙｓｔｅｍｓ是世??界领先的ＧａＮ功率器件制造商，Ｇａ＂Ｎ?Ｓｙｓｔｅｍｓ拥有业界最广泛且最全面的ＧａＮ??功率器件产品组合，并且１００Ｖ和６５０ＶＧａＮ?ＦＥＴ都在批量出货。??Ｔｏｐｓｉｄｅ?Ｂｏｔｔｏｍ?ｓｉｄｅ??图１－６?ＧａＮ?Ｓｙｓｔｅｍｓ的ＧａＮ功率器件封装??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]第三代半导体产业概况剖析[J]. 李春,邓君楷. 集成电路应用. 2017(02)
[2]用于精确预测SiC MOSFET开关特性的分析模型[J]. 梁美,郑琼林,李艳,巴腾飞. 电工技术学报. 2017(01)
[3]射频氮化镓市场将规模猛增[J]. 王丽英. 今日电子. 2016(08)
[4]基于双脉冲的IGBT及驱动电路测试方法[J]. 蒋玉想,李征. 电子技术. 2012(07)
[5]一种优化逆变电源直流变压电路[J]. 曹子林,陈戈珩,李文秀. 长春工业大学学报(自然科学版). 2012(02)
[6]临界导电模式下BOOST变换器功率因数校正电路设计[J]. 王杰. 机电工程. 2011(05)
[7]IGBT过电压产生机理分析及RC缓冲电路的设计[J]. 姜栋栋,王烨,卢峰. 电力科学与工程. 2011(04)
[8]GaN微电子器件的研究进展[J]. 吕曼,司晓琨,杨立军. 河北省科学院学报. 2011(01)
[9]节能减排的基础技术-功率半导体芯片[J]. 张波. 中国集成电路. 2009(12)
[10]氮化镓材料研究热点分析及启示[J]. 赵亚娟. 新材料产业. 2006(11)
硕士论文
[1]Cascode GaN晶体管与GaN二极管应用研究[D]. 黄波.北京交通大学 2016
[2]基于氮化镓晶体管的1MHz自谐振复位正激变换器研究[D]. 顾云波.南京航空航天大学 2016
[3]纯电动客车的再生制动技术研究[D]. 陈易.电子科技大学 2015
[4]基于SiC器件的全桥DC/DC变换器优化设计研究[D]. 钟志远.南京航空航天大学 2015
[5]宽禁带半导体高效率功率放大器技术研究[D]. 卢啸.电子科技大学 2014
[6]等离激元和随机粗化结构在氮化镓表面的制备与应用[D]. 王瑞军.山东大学 2012
[7]大容量多重化多晶硅用DC-DC变换器的研究[D]. 范好亮.华北电力大学 2011
[8]并行组合扩频通信系统接收关键技术研究[D]. 罗倩.哈尔滨工程大学 2008
[9]开关变换器的无源无损软开关技术研究[D]. 伍瑶.合肥工业大学 2007
本文编号：2920133
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１?－１增强型ＧａＮ功率器件结构??
以及接下来将采用Ｃａｓｃｏｄｅ的Ｅ－Ｍｏｄｅ创新结构技术去除结构中的不利因素，??得一步提高器件的性能＿ｌｈ１。而在耐流值方面，Ｔｒａｎｓｐｈｏｒｍ已经实现３０Ａ和４０Ａ??的制作，接下来将有望实现６０Ａ的突破［１９］。图１－４为其电气符号。??Ａ??Ｓｏ?１—?ｉ—〇ｓ??图Ｍ?Ｔｒａｎｓｐ丨ｌｏｒｍ公司的Ｃａｓｃｏｄｅ增强型ＧａＮ功率器件电气符号??日本半导体公司也展开了?ＧａＮ半导体器件的研宄，罗姆以及富士通等企业??已经具备了一些高水平技术和专利。丰田合成株式会社目前己经设计出国际上第??一个耐压值超过１２００Ｖ耐流值突破２０Ａ的ＧａＮ功率晶体管。之前该公司也设计??出ＧａＮ衬底的耐压值为１２００Ｖ的功率器件，而今己经掌握了实现器件并行工作??７??
散热的设计处理上，ＧａＮ材料下方的较厚的硅衬底材料可使用先进的芯片减薄??工艺技术实现去除，贴片材料采用的是具备高散热效率的特性，从而实现在功率??密度较高的情况下具有较高的散热效率。如图１－５所示。??ＧａＮＰＸ?Ｔｏｐ－ｃｏｏｌｅｄ?Ｐａｃｋａｇｅ??Ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｆ???＾ｅｎｉｖｉｓ?／?Ｔｈｅｒｍａｌ?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ??Ｈｅａｔｓｉｎｋ＊／?Ｍａｔｅｒｉａｌ?（ＴＩＭ）??图丨－５?ＧａＮＰＸ？封装图??ＧａＮ?Ｓｙｓｔｅｍｓ公司突破了开关速率，工作温度，耐压值和耐流值的约束，设??计了不同耐压等级耐流等级的ＧａＮ功率器件系列。尤其是ＧａＮ?Ｓｙｓｔｅｍｓ公司独??特的元胞岛技术可以克服现在成本、性能以及制造可行性的难题，进一步使设计??制造出得产品比其他ＧａＮ器件产品设计体积更小、效率更高。ＧａＮ?Ｓｙｓｔｅｍｓ是世??界领先的ＧａＮ功率器件制造商，Ｇａ＂Ｎ?Ｓｙｓｔｅｍｓ拥有业界最广泛且最全面的ＧａＮ??功率器件产品组合，并且１００Ｖ和６５０ＶＧａＮ?ＦＥＴ都在批量出货。??Ｔｏｐｓｉｄｅ?Ｂｏｔｔｏｍ?ｓｉｄｅ??图１－６?ＧａＮ?Ｓｙｓｔｅｍｓ的ＧａＮ功率器件封装??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]第三代半导体产业概况剖析[J]. 李春,邓君楷. 集成电路应用. 2017(02)
[2]用于精确预测SiC MOSFET开关特性的分析模型[J]. 梁美,郑琼林,李艳,巴腾飞. 电工技术学报. 2017(01)
[3]射频氮化镓市场将规模猛增[J]. 王丽英. 今日电子. 2016(08)
[4]基于双脉冲的IGBT及驱动电路测试方法[J]. 蒋玉想,李征. 电子技术. 2012(07)
[5]一种优化逆变电源直流变压电路[J]. 曹子林,陈戈珩,李文秀. 长春工业大学学报(自然科学版). 2012(02)
[6]临界导电模式下BOOST变换器功率因数校正电路设计[J]. 王杰. 机电工程. 2011(05)
[7]IGBT过电压产生机理分析及RC缓冲电路的设计[J]. 姜栋栋,王烨,卢峰. 电力科学与工程. 2011(04)
[8]GaN微电子器件的研究进展[J]. 吕曼,司晓琨,杨立军. 河北省科学院学报. 2011(01)
[9]节能减排的基础技术-功率半导体芯片[J]. 张波. 中国集成电路. 2009(12)
[10]氮化镓材料研究热点分析及启示[J]. 赵亚娟. 新材料产业. 2006(11)
硕士论文
[1]Cascode GaN晶体管与GaN二极管应用研究[D]. 黄波.北京交通大学 2016
[2]基于氮化镓晶体管的1MHz自谐振复位正激变换器研究[D]. 顾云波.南京航空航天大学 2016
[3]纯电动客车的再生制动技术研究[D]. 陈易.电子科技大学 2015
[4]基于SiC器件的全桥DC/DC变换器优化设计研究[D]. 钟志远.南京航空航天大学 2015
[5]宽禁带半导体高效率功率放大器技术研究[D]. 卢啸.电子科技大学 2014
[6]等离激元和随机粗化结构在氮化镓表面的制备与应用[D]. 王瑞军.山东大学 2012
[7]大容量多重化多晶硅用DC-DC变换器的研究[D]. 范好亮.华北电力大学 2011
[8]并行组合扩频通信系统接收关键技术研究[D]. 罗倩.哈尔滨工程大学 2008
[9]开关变换器的无源无损软开关技术研究[D]. 伍瑶.合肥工业大学 2007
本文编号：2920133
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2920133.html
