如何使用氮化鎵器件：引進氮化鎵晶體管技術

在功率轉換的應用中，D 型器件并不方便，因為在功率轉換器啟動時，必須首先在功率器件施加負偏置，否則會導致短路。反之，增強型(E 型)器件沒有這個限制。在柵極為零偏置時，E 型器件處于“關斷”狀態，及不會傳導電流。當宜普電源轉換公司推出商用增強型氮化鎵場效應晶體管后，大大減低了使用氮化鎵晶體管來設計功率轉換系統的難度。

增強型氮化鎵場效應晶體管的結構

宜普的增強型的工藝開始于硅晶圓。在硅基上生成的一層氮化鋁(AlN) 的薄層，為隨后生長的氮化鎵異質結構提供一層晶種層。由AlGaN 及其后的氮化鎵組成的異質結構在氮化鋁層上生長。在這層的基礎上搭建氮化鎵場效應晶體管。隨后在這個具高阻抗性的氮化鎵厚層上生長一薄層AlGaN。這個薄層使氮化鎵與AlGaN 層之間產生應變介面。這個應變介面加上氮化鎵固有的壓電性質產生滿載大量高遷移率電子的二維電子氣 。下一步工藝是在柵極下方形成一個耗盡區。為了增強場效應晶體管性能，可以用與導通n 溝道的增強型功率MOSFET 相同的方式，給柵極施加一個正向電壓，如圖四所示。額外金屬層可以把電子導向柵極、漏極及源極的端子(圖五顯示了這種結構的橫截面)。這種結構被重復多次而形成一個完整的功率器件，如圖六 所示。

圖四: 氮化鎵場效應晶體管的結構。

圖五：氮化鎵場效應晶體管的掃描電子顯微鏡圖像。

圖六：氮化鎵場效應晶體管的俯視圖。它的額定值為40 V、4 mΩ 及33 A。

總結

在技術文章系列的第一章，我們介紹了具備優越性能的硅基氮化鎵功率器件可以替代現有的功率MOSFET器件。我們描述了兩種氮化鎵晶體管的結構，分別為耗盡型及增強型氮化鎵晶體管。氮化鎵場效應晶體管的尺寸更小、開關速度更快、容易使用、已經用作商業用途及在不久的將來可以比硅器件的成本更低。下一章我們將討論功率系統設計工程師所需的基本工具，以實現氮化鎵晶體管的卓越性能。