【摘要】：氮化鎵(Gallium Nitride,GaN)新型半導體器件具備優(yōu)異的電氣性能,具有硅(Silcon,Si)半導體器件難以比擬的巨大應用優(yōu)勢和潛力。在實際應用中,GaN晶體管的優(yōu)良性能的充分發(fā)揮與柵極驅動電路設計密切相關。但是驅動電路在設計上面臨著GaN晶體管閾值電壓低、柵極電壓安全范圍小、需要負壓關斷等挑戰(zhàn)。Si MOSFET采取的驅動方案不適用于GaN晶體管。因此,本文將針對增強型(Enhanced-mode,E-mode)GaN晶體管設計適用的驅動電路,然后使用負電導模型對GaN基電路的穩(wěn)定性進行分析。首先研究600V電壓等級的E-mode型GaN晶體管的器件結構和開關特性。研究了一款600V的E-mode型GaN器件Hybrid Drain Gate Injection Transisotr(HDGIT),分析其實現(xiàn)常關與抑制電流崩塌的機理。研究該晶體管與MOSFET在開關過程中存在的不同之處。對該晶體管搭建雙脈沖測試平臺進行開關性能測試,并將測試結果與另一款650V的E-mode型GaN晶體管GS66508P進行對比。其次設計適合E-mode型GaN晶體管使用的驅動電路。結合GaN HDGIT在柵源極存在寄生二極管的特點分別使用驅動芯片UCC27511與內置恒流源的驅動芯片AN34092B設計RC式驅動電路,該驅動電路具有驅動電壓范圍大、開關速度快、具有負壓關斷等特點。分析兩種RC式驅動電路的工作原理并搭建相應的雙脈沖測試平臺,對不同電流等級下的開關性能進行測試并對比分析。對E-mode型GaN晶體管的驅動電路提出了兩種優(yōu)化設計,并通過仿真和實驗驗證了優(yōu)化方案的可行性。最后對基本反饋振蕩器理論和負阻振蕩器理論進行了介紹,明確GaN基電路使用負電導模型判斷電路穩(wěn)定性更恰當。其次,基于GaN HDGIT雙脈沖測試電路,對該電路建立負電導模型,然后基于負電導模型的穩(wěn)定性準則判斷GaN基電路的穩(wěn)定性。分析了 GaNHDGITPGA26E07BA在不同電壓等級下的電路穩(wěn)定性,并通過雙脈沖測試平臺的實驗結果驗證了所提出的模型的準確性。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN303
【圖文】：

ＧａＮ晶體管可承受高電壓并提供低導通電阻，而低壓ＭＯＳＦＥＴ提供低門極驅動和逡逑低反向恢復。第二類為制造工藝決定的器件本身實現(xiàn)的單體增強型（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ逡逑Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ－ｍｏｄｅ，Ｅ－ｍｏｄｅ）ＧａＮ晶體管。這兩種ＧａＮ晶體管的結構如圖１－１所逡逑不。逡逑９邋Ｄ逡逑＿邋ｈｉｎ邐９邋Ｄ逡逑ｍｌ邐一逡逑0——－（？－，邋２１邋：邐＾￣￣１逡逑Ｇ邋！廣一Ｔ邋丨邐Ｇ逡逑ｓ邐ＳＳ0ｉｓ逡逑（ａ）邋Ｃａｓｃｏｄｅ邋型邐（ｂ）邋Ｅ－ｍｏｄｅ邋型逡逑圖１－１邋ＧａＮ晶體管結構圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＧａＮ邋ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ逡逑ＧａＮ材料以其高功率密度、低損耗、適合高頻工作等優(yōu)異特性被譽為下一代半逡逑導體的核心技術，無論是民用或是軍事領域都具有廣闊的應用前景，各國企業(yè)爭相逡逑研究。在一些優(yōu)先考慮功率密度的重要行業(yè)，ＧａＮ材料開始逐漸替代硅材料。目逡逑前，ＧａＮ在５Ｇ、射頻、消費類電子產品、激光雷達等多個熱門領域都具有很大的逡逑發(fā)展?jié)摿�。５Ｇ技術可以提供比目前４Ｇ網絡快１０？１００倍的速度，基站收發(fā)信機上逡逑將需要使用更多的射頻器件，因此射頻器件的體積很關鍵。ＧａＮ功率器件尺寸小、逡逑效率高和功率密度大的特性可實現(xiàn)高集化的解決方案。電子消費設備的升級使得逡逑充電器的功率也隨之增大，在相同的功率下，使用內置ＧａＮ功率器件的充電器與逡逑傳統(tǒng)充電器相比可以減少４０％的體積

ＧａＮ晶體管可承受高電壓并提供低導通電阻，而低壓ＭＯＳＦＥＴ提供低門極驅動和逡逑低反向恢復。第二類為制造工藝決定的器件本身實現(xiàn)的單體增強型（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ逡逑Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ－ｍｏｄｅ，Ｅ－ｍｏｄｅ）ＧａＮ晶體管。這兩種ＧａＮ晶體管的結構如圖１－１所逡逑不。逡逑９邋Ｄ逡逑＿邋ｈｉｎ邐９邋Ｄ逡逑ｍｌ邐一逡逑0——－（？－，邋２１邋：邐＾￣￣１逡逑Ｇ邋！廣一Ｔ邋丨邐Ｇ逡逑ｓ邐ＳＳ0ｉｓ逡逑（ａ）邋Ｃａｓｃｏｄｅ邋型邐（ｂ）邋Ｅ－ｍｏｄｅ邋型逡逑圖１－１邋ＧａＮ晶體管結構圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＧａＮ邋ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ逡逑ＧａＮ材料以其高功率密度、低損耗、適合高頻工作等優(yōu)異特性被譽為下一代半逡逑導體的核心技術，無論是民用或是軍事領域都具有廣闊的應用前景，各國企業(yè)爭相逡逑研究。在一些優(yōu)先考慮功率密度的重要行業(yè)，ＧａＮ材料開始逐漸替代硅材料。目逡逑前，ＧａＮ在５Ｇ、射頻、消費類電子產品、激光雷達等多個熱門領域都具有很大的逡逑發(fā)展?jié)摿�。５Ｇ技術可以提供比目前４Ｇ網絡快１０？１００倍的速度，基站收發(fā)信機上逡逑將需要使用更多的射頻器件，因此射頻器件的體積很關鍵。ＧａＮ功率器件尺寸小、逡逑效率高和功率密度大的特性可實現(xiàn)高集化的解決方案。電子消費設備的升級使得逡逑充電器的功率也隨之增大，在相同的功率下，使用內置ＧａＮ功率器件的充電器與逡逑傳統(tǒng)充電器相比可以減少４０％的體積

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 錢照明;張軍明;盛況;;電力電子器件及其應用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J];中國電機工程學報;2014年29期

相關碩士學位論文 前2條

1 崔梅婷;GaN器件的特性及應用研究[D];北京交通大學;2015年

2 尉中杰;AlGaN/GaN HEMT開關功率器件及模型研究[D];電子科技大學;2014年

本文編號：2716743