國產(chǎn)1700V GaN器件進(jìn)一步打開(kāi)應用端市場(chǎng)

遠山半導體在連續推出幾款高壓GaN器件后，最終將他們最新款產(chǎn)品的額定電壓推向1700V，相較于之前的1200V器件又有了顯著(zhù)的提升。為了解決GaN器件常見(jiàn)的電流崩塌問(wèn)題，他們采用特有的極化超級結（PSJ: Polarization Super Junction）技術(shù)，并對工藝進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，使器件的額定工作電壓和工作電流得到更大的提升（1700V/30A）。

本次測試采用遠山半導體提供的1700V/100mΩ規格GaN樣品,其可以輕松應對1000V輸入電壓下的開(kāi)關(guān)測試需求，在靜態(tài)測試條件下，1700V時(shí)測得反偏漏電流Idss = 4.48uA（Vgs = -8V）。

掃描反偏電壓測試漏電流可以得到下面的曲線(xiàn)，10uA漏電流時(shí)，Vds電壓大于1750V，擊穿電壓得到較好的驗證。

由于是常開(kāi)型器件，需要使用負電壓關(guān)斷，在測試器件的閾值電壓時(shí)，我們的掃描范圍設置在-8V~+3V之間，當Vds = 10V，Id =1mA時(shí)，實(shí)測閾值電壓Vth為-4.1V。

當Vds=10V時(shí)，掃描Vgs測試器件的Vth閾值電壓

導通狀態(tài)下測試器件的導通電阻Rdson，測試條件為Vgs = +3V，Id = 20A，電流脈寬300uS，四線(xiàn)模式下實(shí)測導通電阻為107mΩ。

在了解基本的靜態(tài)特性后，我們再次對器件的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行測試。由于我們目前的GaN測試電路最大測試電壓只能達到1000V，安全起見(jiàn)，我們在900V電壓條件下對該器件進(jìn)行了雙脈沖測試。測試條件如下：

Vds = 900V，Rgon = Rgoff = 2Ω，Vgson = 3V, Vgsoff = -8V, Id = 20A，負載電感L = 200uH。

三條波形曲線(xiàn)從上到下依次為Vgs，Vds和Id，可以看到在900V電壓條件下，Vds波形在兩次導通階段內仍然保持比較穩定的低電壓，Vds波形在器件導通過(guò)程中電壓非常接近0V，表示功率器件在高壓下的硬開(kāi)關(guān)操作，并沒(méi)有導致導通電壓的上升，驗證了未出現電流崩塌現象。

為了進(jìn)一步驗證功率器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)導通電阻值，我們使用鉗位探頭對器件的動(dòng)態(tài)導通電阻進(jìn)行進(jìn)一步的測量。我們使用電壓鉗位探頭對Vds電壓進(jìn)行鉗位測量，鉗位探頭的優(yōu)勢是可以過(guò)濾信號的高壓部分，使用較小的量程對低壓部分進(jìn)行準確測量。比如功率器件的源漏極反偏電壓，在關(guān)斷條件下可能達到幾百伏甚至上千伏，導通條件下只有幾百毫伏，為了在快速開(kāi)關(guān)條件下，準確測量導通條件下的器件兩端電壓降，使用帶有鉗位功能的探頭將是非常好的選擇。

在下圖中，從上到下的波形依次為柵極電壓Vgs，反偏電壓Vds，導通電流Id，鉗位電壓Vds-clamp，以及動(dòng)態(tài)導通電阻D-Rdson。

動(dòng)態(tài)導通電阻的計算可以根據歐姆定律，使用鉗位電壓Vds-clamp除以導通電流Id，在示波器上使用Math功能直接進(jìn)行計算，也可以使用Tekscope軟件，在電腦端對波形進(jìn)行計算處理。

使用公式編輯功能直接計算導通電阻曲線(xiàn)

在不同電壓條件下進(jìn)行動(dòng)態(tài)導通電阻測試，得到如下歸一化動(dòng)態(tài)電阻。

可以看到的是，隨著(zhù)測試電壓的升高，器件動(dòng)態(tài)導通電阻增加比例相對較小，器件在高壓開(kāi)關(guān)條件下呈現比較穩定的工作狀態(tài)。

在實(shí)際測試中，較之前測試的1200V器件，遠山1700V的器件也體現出優(yōu)異的開(kāi)關(guān)特性。

結語(yǔ)

遠山半導體提供的1700V GaN器件再次讓我們刷新了對GaN器件的認知，其性能正在快速逼近甚至超出主流SiC功率器件的特性指標。在未來(lái)，如果GaN器件能進(jìn)一步證明其長(cháng)期工作可靠性，并展現出成本優(yōu)勢，將極有可能在工業(yè)領(lǐng)域展現出替代SiC功率器件的潛質(zhì)。