罗姆在新一代功率元器件领域的飞跃发展与前沿探索
来源： 作者： 发布时间：2015-05-18 09:21:03 浏览量：只要采用图1的结构，GaN功率元器件的特点不仅是耐压性能，还有使用2DEG的高速电子迁移率而来的高频动作性能。因而，GaN晶体管常被称为GaN-HEMT注7。
“GaN”功率元器件的特性：确保高频特性并实现高速动作
罗姆开发的“常开型滤波电感器(normally-on)”型元器件的特性见表2，是栅极宽度为9.6cm的元器件，命名为“HEMT”，可查到的其高频特性的文献非常少。起初罗姆以尽量确保高频特性为目标进行了开发，结果表明，罗姆的“常开型(normally-on)”元器件的动态特性非常优异。表中的td(on)、tr、td(off)、tf等特性指标表示高速性能。由于是“常开型(normally-on)”元器件，因此栅极进入负电压瞬间，元器件关断，0V时元器件导通。符号表示方法是：栅极电压信号关断时(元器件开始向ON移行时)为t = 0，源极/漏极间电压Vds减少到施加电压的90%之前的时间为td(on)，从90%减少到10%的时间为tr，另外，栅极电压信号导通时(元器件开始向OFF移行时)为t = 0，Vds增加到施加电压的10%之间的时间为td(绕行电感off)，从10%增加到90%的时间为tf。
在现有的Si功率元器件中，td(on)、tr、td(off)、tf多为几十 ns～100 ns左右，而在GaN-HEMT中，全部为数ns左右。假设进行10 MHz、duty50%的脉冲动作，ON/OFF时间仅为50ns，上升下降仅10ns，脉冲的实质宽度已达30ns，无法确保矩形的波形。而使用这种元器件则无此问题，10 MHz亦可动作。
表2：“常开型(normally-on)”元器件的特性一览表
对于GaN-HEMT来说，棘手的问题是电流崩塌。这是根据漏模压电感极电压的施加状态导通电阻发生变动的现象。可以观测到使开关频率变化时导通电阻变动、在Vds导通(ON)时无法完全为0V、关断(OFF)时无法返回到施加电压的现象。
罗姆的“常开型(normally-on)”元器件使栅极电压的开关频率变化时的Vds表现如图3所示。由于没有优化栅极驱动器，在10MHz存在duty没有达到50%的问题，但在这个频率范围内，没有发现引起电流崩塌的趋势。因此，可以认为，只要解决“常开(normally-on)”这一点，即可证明GaN卓越的高速动作性能。
图3：常开(normally-on)GaN晶体管的开关频率特性
今后：罗姆将积极推进常关型元器件的特性改善并进行应用探索
面向GaN元器件的发展，正因为几乎所有的应用都是以“常关”为前提设计的，因此“常关化”的推进成为了时下的当务之急。如今罗姆正致力于推进高频特性卓越的常关型元器件的特性改善，同时也在进行应用探索。为呈现出GaN最闪耀的应用和只有GaN才能实现的应用而加大开发力度，将不断带来全新的技术体验。
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