氮化镓场效应晶体管的关键工作参数

  器件的关键工作参数为工程师提供必需的信息,用于设计出可以得出预期结果的系统我们使用某氮化镓晶体管的关键参数为例,如表1所示。
氮化镓场效应晶体管的关键工作参数 
 
  BVDSS (漏极至源极的击穿电压,见表1的第一行)
  虽然与最大的VDS值相同,但在表中给出了器件在这个电压下所传导的最大电流(200µA)。这个漏电流与BVDSS的乘积表明器件在阻塞全部电压的情况下,其功耗为40mW,这个功耗值在大多数的电源转换系统中可以忽略不计。
 
  IDSS (漏极至源极漏电流,见表1的第二行)
  是用另一种方式查看器件在阻塞电压时的功耗。在本例中,IDSS被设定为BVDSS额定值的80%,因为对于大多数系统使用200V额定值的晶体管来说,这是一个更常见的工作点。请注意在160V时,从漏极全源极的漏电流所引起的典型功耗仅为8mW。
 
  lGSS (栅极至源极漏电流,见表1的第三及第四行)
  包括正向和反向漏电流。大多数的设计可允许增强型氮化镓晶体管通常所具有的小漏电流。图1显示了氮化镓场效应晶体管在气温达125℃不同电压下的lGSS值。
氮化镓场效应晶体管在25℃和125℃时的栅极电流与栅极至源极电压的关系 
图1 氮化镓场效应晶体管在25℃和125℃时的栅极电流与栅极至源极电压的关系
 
  VGS(TH) (阈值电压,见表1的第五行)
  是在栅极至源极施加的电压,器件在低于这电压时将传导最小的电流。在本例中典型值为1.4V。如果栅极电压保持在0.7V以下,该器件规定的漏极至源极电流将不超过3mA。与功率 MOSFET器件不同,这个阈值电压对温度相对地不敏感,如图2所示。
氮化镓场效应晶体管的归一化阈值电压与温度的关系 
图2 氮化镓场效应晶体管的归一化阈值电压与温度的关系
(可看到该器件在通常的工作温度范围内只有3%的变化)
 
  RDS(ON)(导通电阻,见表1的第六行)
  是指氮化傢场效应晶体管在25℃结温下,当栅极至源极之间施加5V的电压、漏极至源极的电流为6A时的电阻值。RDS(ON)值将随所施加的栅极电压及器件的温度而变化。从图3可以看出,为了在漏极电流小于40A的情况下实现最小(完全饱和)的RDS(ON)电阻值,只需在栅极施加4V的电压。
氮化镓场效应晶体管在各种漏极电流条件下的导通电阻与栅极至源极电压的关系 
图3 氮化镓场效应晶体管在各种漏极电流条件下的导通电阻与栅极至源极电压的关系。
氮化镓场效应晶体管的导通电阻与温度的关系 
图4 氮化镓场效应晶体管的导通电阻与温度的关系。
氮化镓场效应晶体管和额定电压为200V的硅 MOSFET相比,归一化RDS(ON)电阻值与温度的关系 
图5 氮化镓场效应晶体管和额定电压为200V的硅 MOSFET相比,归一化RDS(ON)电阻值与温度的关系。
 
  与硅技术相比,氮化镓技术的一个主要优势是它的导通电阻(RDS(ON))随温度面增加的幅度较小,如图5所示。对于硅器件来说,从25℃至100℃时,其RDS(ON)的增幅超过70%,而氮化镓器件的增幅只有约40%。假设在25℃时这两个技术具有相同的初始导通电阻值(RDS(ON)),与硅器件相比,氮化镓晶片在典型的100℃结温时的RDS(ON)值将低20%以上。
 
  VSD (源极至漏极正向电压,见表1的第七行)
  是指当源极至漏极施加电压时器件上的压降。这个电压方向与场效应晶体管正常的正向导通方向呈相反方向。当栅极和源极之间施加电压为0V及电流为0.5A时,VSD的典型值为1.8V。图6显示了这种体二极管的正向压降如何随源极至漏极的电流和器件的温度的变化而改变。值得指出的是,这种体二极管是使用漏极至栅极的电压来增强沟道,使之能够在反方向导通二维电子气,继而形成这个体二极管。如果栅极电压低于0V,前向压降将随之而增加。举例来说,如果在姗极上施加-1V的电压使电路的栅极驱动把氮化镓场效应晶体管关断,那么在0.5A的电流时的VSD为2.8V。
氮化镓场效应晶体管的体二极管正向压降,与源极至漏极电流和温度的关系 
图6 氮化镓场效应晶体管的体二极管正向压降,与源极至漏极电流和温度的关系。

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