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        國產1700V GaN器件進一步打開應用端市場

        作者: 時間:2025-01-14 來源:泰克科技 收藏

        遠山半導體在連續推出幾款高壓器件后,最終將他們最新款產品的額定電壓推向1700V,相較于之前的1200V器件又有了顯著的提升。為了解決器件常見的問題,他們采用特有的極化超級結(PSJ: Polarization Super Junction)技術,并對工藝進行進一步優化,使器件的額定工作電壓和工作電流得到更大的提升(1700V/30A)。

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/202501/466333.htm

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        本次測試采用遠山半導體提供的1700V/100mΩ規格樣品,其可以輕松應對1000V輸入電壓下的開關測試需求,在靜態測試條件下,1700V時測得反偏漏電流Idss = 4.48uA(Vgs = -8V)。

        掃描反偏電壓測試漏電流可以得到下面的曲線,10uA漏電流時,Vds電壓大于1750V,擊穿電壓得到較好的驗證。

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        由于是常開型器件,需要使用負電壓關斷,在測試器件的閾值電壓時,我們的掃描范圍設置在-8V~+3V之間,當Vds = 10V,Id =1mA時,實測閾值電壓Vth為-4.1V。

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        當Vds=10V時,掃描Vgs測試器件的Vth閾值電壓

        導通狀態下測試器件的導通電阻Rdson,測試條件為Vgs = +3V,Id = 20A,電流脈寬300uS,四線模式下實測導通電阻為107mΩ。

        在了解基本的靜態特性后,我們再次對器件的動態特性進行測試。由于我們目前的GaN測試電路最大測試電壓只能達到1000V,安全起見,我們在900V電壓條件下對該器件進行了雙脈沖測試。測試條件如下:

        Vds = 900V,Rgon = Rgoff = 2Ω,Vgson = 3V, Vgsoff = -8V, Id = 20A,負載電感L = 200uH。

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        三條波形曲線從上到下依次為Vgs,Vds和Id,可以看到在900V電壓條件下,Vds波形在兩次導通階段內仍然保持比較穩定的低電壓,Vds波形在器件導通過程中電壓非常接近0V,表示在高壓下的硬開關操作,并沒有導致導通電壓的上升,驗證了未出現現象。

        為了進一步驗證在開關過程中的動態導通電阻值,我們使用鉗位探頭對器件的動態導通電阻進行進一步的測量。我們使用電壓鉗位探頭對Vds電壓進行鉗位測量,鉗位探頭的優勢是可以過濾信號的高壓部分,使用較小的量程對低壓部分進行準確測量。比如的源漏極反偏電壓,在關斷條件下可能達到幾百伏甚至上千伏,導通條件下只有幾百毫伏,為了在快速開關條件下,準確測量導通條件下的器件兩端電壓降,使用帶有鉗位功能的探頭將是非常好的選擇。

        在下圖中,從上到下的波形依次為柵極電壓Vgs,反偏電壓Vds,導通電流Id,鉗位電壓Vds-clamp,以及動態導通電阻D-Rdson。

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        動態導通電阻的計算可以根據歐姆定律,使用鉗位電壓Vds-clamp除以導通電流Id,在示波器上使用Math功能直接進行計算,也可以使用Tekscope軟件,在電腦端對波形進行計算處理。

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        使用公式編輯功能直接計算導通電阻曲線

        在不同電壓條件下進行動態導通電阻測試,得到如下歸一化動態電阻。

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        可以看到的是,隨著測試電壓的升高,器件動態導通電阻增加比例相對較小,器件在高壓開關條件下呈現比較穩定的工作狀態。

        在實際測試中,較之前測試的1200V器件,遠山1700V的器件也體現出優異的開關特性。

        結語

        遠山半導體提供的1700V GaN器件再次讓我們刷新了對GaN器件的認知,其性能正在快速逼近甚至超出主流SiC功率器件的特性指標。在未來,如果GaN器件能進一步證明其長期工作可靠性,并展現出成本優勢,將極有可能在工業領域展現出替代SiC功率器件的潛質。



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