6000V！GaN HEMT新突破，蓝宝石衬底！

最近，丰田合成官网公布了一项新的GaN HEMT功率器件技术，主要有几个亮点：

● 耐压高达6000V

● 该器件已被电源转换器采用，工作电压800V、效率98%

● 采用了蓝宝石衬底

2大难题阻碍GaN器件超越SiC理论上，在相同耐压情况下，SiC的导通电阻极限值优于硅，而GaN优于SiC。SiC和GaN都是高耐压、低导通电阻器件的绝佳材料。

加入氮化镓大佬群，请加VX：hangjiashuo666SiC耐压可达1200V左右，但面临可靠性和成本问题。GaN衬底的垂直结构器件要实现1200V以上高耐压更不容易，主要挑战在于GaN衬底直径太小，成本太高。采用异质衬底的GaN HEMT功率器件要实现高耐压也遇到麻烦。尽管GaN的击穿电场强度为3MV/cm，是硅的10倍左右，但由于在施加电压时，HEMT结构的GaN功率器件会局部出现电场集中，因此很难实现超过1000V的高耐压。新结构实现6000V耐压蓝宝石衬底、已被800V电源采用为解决GaN HEMT功率器件的耐压问题，丰田合成开发了一种新型结构的横向GaN功率器件，该结构具有实现高耐压特性的特性，可应用于电动汽车快速充电系统和工业设备应用。
根据技术文献，他们采用了蓝宝石衬底，并制作了GaN/AlGaN/GaN叠层结构。

获取相关技术文献，请加：hangjiashuo666这种结构是如何同时实现高开关速度和高耐压？丰田合成表示，当形成GaN / AlGaN / GaN叠层结构时，由于AlGaN中的自发极化，AlGaN上的GaN界面附近会产生空穴，而在AlGaN下的GaN界面附近会产生电子。因此，该结构不仅具有二维电子气（2DEG），还有二维空穴气（2DHG），电子和空穴很薄，以气态的形式散布在平面上，从而形成了极化超结结构。2DEG可以实现高速开关操作，而2DHG可以实现高耐压，从而解决了以往HEMT结构会产生电场集中的难题。测试结果显示，该结构由于不存在电场集中的区域，GaN器件可以实现超过6000V的超高耐压。至于为什么不采用行业通用的硅衬底，丰田合成表示，硅衬底是导电的，会导致漏电极(D)和硅衬底之间的耐压成为问题。虽然可以通过添加较厚的GaN层来提高耐压，但由于异质衬底上的晶体生长会产生大量的晶体缺陷，因此耐压低于GaN的物理特性。另外，添加较厚的GaN层需要很高的技术，容易导致硅衬底变形开裂，因此即使加厚也是有限制的。目前底层GaN层的耐压一般在650V左右。最后，丰田合成表示，2020年以来，他们一直在参与日本环境部的项目，该项目的电源转换器已经采用了这种新结构GaN功率器件，其工作电压达到800V以上（耐压1500V以上）、电源转换效率高达98%以上。插播：更多全球GaN产业布局，尽在《2021第三代半导体调研白皮书》，扫码可抢先阅读！其他人都在看：




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