如何使用氮化鎵：增強型氮化鎵晶體管的電學(xué)特性

圖2：EPC2010 器件與額定電壓為200V的硅MOSFET相比，歸一化RDS(ON))電阻值與溫度的關(guān)系的比較。

反向二極體

與功率MOSFET器件相同，增強型氮化鎵晶體管可在反方向導通。不過(guò)后者的物理機理不同。一個(gè)硅功率MOSFET的p-n二極體與場(chǎng)效應晶體管融合，通過(guò)把少數載流子注入漏極區域而得以導通。這個(gè)電荷被儲存于漏極區域(QRR)達數十納秒(tRR)后將在二極體關(guān)閉時(shí)變?yōu)闊釗p耗。如果要求快速開(kāi)關(guān)， 這是一個(gè)重大缺點(diǎn)。當柵極與漏極之間的電極具正向電壓，增強型氮化鎵場(chǎng)效應晶體管的電子通道會(huì )因開(kāi)啟而出現反向傳導。當除去電壓，沒(méi)有儲存電荷損耗(tRR=0, QRR=0)時(shí)，通道會(huì )立即關(guān)閉。壞處是器件在源極與漏極之間的壓降會(huì )比一個(gè)等效功率MOSFET器件為大(見(jiàn)圖3)。要把這個(gè)比較更高的壓降VSD降至最低，以及要發(fā)揮氮化鎵場(chǎng)效應晶體管的最優(yōu)性能，必需保持最短促死區時(shí)間，以避免交叉傳導。

圖3: eGaN FET與功率MOSFET器件的體二極管正向壓降, 與源極至漏極電流和溫度的關(guān)系的比較。

極大優(yōu)勢：非常低電容及電荷

一個(gè)場(chǎng)效應晶體管的電容是決定器件從開(kāi)啟至關(guān)閉或者從關(guān)閉至開(kāi)啟的狀態(tài)下，在電源轉換過(guò)程中能量損失的最大因素。在施加電壓范圍內積分兩個(gè)端子之間的電容，可以取得電荷值(Q)，這是給電容充電

所消耗的電量。

由于電流乘以時(shí)間等于電荷，因此查看改變氮化鎵場(chǎng)效應晶體管各個(gè)端子間的電壓所需的電荷量， 很多時(shí)候會(huì )比較方便。圖4顯示了柵極電荷量(QG)來(lái)提供柵極至源極的電壓，以達至所需的電壓值。從這個(gè)圖表可以看出，具100 V、5.6 m典型值的eGaN FET與具80 V、4.7 m 典型值的功率MOSFET的比較。只需1/4電荷可以把eGaN FET增強。這可以演繹為更快速開(kāi)關(guān)及更低開(kāi)關(guān)功耗。

圖4: EPC2001 器件與英飛凌公司BSC057N08NS器件的柵極電荷與柵極電壓的關(guān)系的比較。