氮化镓场效应晶体管的基本电学特性

  导通电阻
  氮化镓晶体管的导通电阻(RDS(ON))与栅极至源极电压(VGS)的关系曲线图跟MOSFET相似。与 MOSFET相似,氮化镓晶体管的电阻温度系数为正数,但幅度比硅MOSFET小很多,例如在125℃时,氮化镓晶体管的导通电阻为25℃的1.45倍,而硅功率MOSFET则是1.7倍。这个优势会随着电压增加而增强。
 
  栅极值电压
  氮化镓晶体管的阈值电压比硅功率MOSFET低,并随温度变化不大,及具备很低的栅极至漏极间电容(CGD)。由于器件在栅极电为1.6V时开始传导大量电流,需要特别注意保持栅极到源极之间低路径电阻,以确保器件在整流转换、高速开关状态下,能够关断。
 
  电容
  氮化镓晶体管除了具有低阻抗外,它的横向结构使其具有极低的电容,能够在数纳秒内切换数百伏特,切换频率可达数兆赫。对于开关来说,栅漏极间的电容(CGD)是最重要的。对于横向结构,CGD由栅极一角而产生,与垂直型 MOSFET相比,氮化镓场效应晶体管具有低很多的栅漏极间电容。
 
  栅源极间电容(CGS)由从栅极沟道的结和栅极与场板之间的电介质电容组成。相比CGD,栅源极间电容(CGS)较大,使氮化镓晶体管拥有优异的dv/dt抗扰性能。相比硅MOSFET,氮化镓器件的栅源极间电容(CGS)仍然较少,因此具有很短的延迟时间,并在低负载周期应用中具极佳管控能力(例如一个48V至1V降压变换器使用100V的氮化镓晶体管,可在1MHz切换频率下有理想表现)。与硅MOSFET比较,氮化镓晶体管之CDS也较小,仅限于从场板到漏极的电介质上的电容。在相同电阻下,虽然氮化镓晶体管的电容相对电压曲线与硅器件相似,最大不同之处是氮化镓晶体管之电容是低很多。
 
  体二极管
  最后一个性能表现的部分是体二极管。氮化镓晶体管的结构是一个横向器件,没有硅基 MOSFET器件常见的寄生双极结。严格来说,其反向偏压或“二极管”的工作模式具相似功能但机理不同。如果栅源电压是零偏压,栅极下方就没有电子。当漏极电压减弱,相比漂移区,栅极上会形成正偏压,把电子注入栅极下面。在栅极达到阈值时,将有足够电子形成一个传导通道。这种导通机制的好处是在传导中没有少数载流子,所以没有反向恢复损耗。虽然QRR是零,输出电容(COSS)需要在每次开关周期内充电或放电。相比具有相似(RDS(ON))的硅MOSFET,氮化镓场效应晶体管具更低的输出电容。由于氮化镓场效应晶体管在反向时需栅极偏置高于值电压而开启,二极管之正向电压会比硅晶体为高。
增强型MOSFET或氮化镓场效应晶体管的标准标志 
图1 增强型MOSFET或氮化镓场效应晶体管的标准标志
  由于氮化镓晶体管的基本操作原理与硅MOSFET相似,它们可以用相同的简图,如图1所显示。
 

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