【摘要】：氮化鎵(Gallium Nitride,GaN)新型半導(dǎo)體器件具備優(yōu)異的電氣性能,具有硅(Silcon,Si)半導(dǎo)體器件難以比擬的巨大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和潛力。在實(shí)際應(yīng)用中,GaN晶體管的優(yōu)良性能的充分發(fā)揮與柵極驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)密切相關(guān)。但是驅(qū)動(dòng)電路在設(shè)計(jì)上面臨著GaN晶體管閾值電壓低、柵極電壓安全范圍小、需要負(fù)壓關(guān)斷等挑戰(zhàn)。Si MOSFET采取的驅(qū)動(dòng)方案不適用于GaN晶體管。因此,本文將針對(duì)增強(qiáng)型(Enhanced-mode,E-mode)GaN晶體管設(shè)計(jì)適用的驅(qū)動(dòng)電路,然后使用負(fù)電導(dǎo)模型對(duì)GaN基電路的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。首先研究600V電壓等級(jí)的E-mode型GaN晶體管的器件結(jié)構(gòu)和開(kāi)關(guān)特性。研究了一款600V的E-mode型GaN器件Hybrid Drain Gate Injection Transisotr(HDGIT),分析其實(shí)現(xiàn)常關(guān)與抑制電流崩塌的機(jī)理。研究該晶體管與MOSFET在開(kāi)關(guān)過(guò)程中存在的不同之處。對(duì)該晶體管搭建雙脈沖測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)關(guān)性能測(cè)試,并將測(cè)試結(jié)果與另一款650V的E-mode型GaN晶體管GS66508P進(jìn)行對(duì)比。其次設(shè)計(jì)適合E-mode型GaN晶體管使用的驅(qū)動(dòng)電路。結(jié)合GaN HDGIT在柵源極存在寄生二極管的特點(diǎn)分別使用驅(qū)動(dòng)芯片UCC27511與內(nèi)置恒流源的驅(qū)動(dòng)芯片AN34092B設(shè)計(jì)RC式驅(qū)動(dòng)電路,該驅(qū)動(dòng)電路具有驅(qū)動(dòng)電壓范圍大、開(kāi)關(guān)速度快、具有負(fù)壓關(guān)斷等特點(diǎn)。分析兩種RC式驅(qū)動(dòng)電路的工作原理并搭建相應(yīng)的雙脈沖測(cè)試平臺(tái),對(duì)不同電流等級(jí)下的開(kāi)關(guān)性能進(jìn)行測(cè)試并對(duì)比分析。對(duì)E-mode型GaN晶體管的驅(qū)動(dòng)電路提出了兩種優(yōu)化設(shè)計(jì),并通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了優(yōu)化方案的可行性。最后對(duì)基本反饋振蕩器理論和負(fù)阻振蕩器理論進(jìn)行了介紹,明確GaN基電路使用負(fù)電導(dǎo)模型判斷電路穩(wěn)定性更恰當(dāng)。其次,基于GaN HDGIT雙脈沖測(cè)試電路,對(duì)該電路建立負(fù)電導(dǎo)模型,然后基于負(fù)電導(dǎo)模型的穩(wěn)定性準(zhǔn)則判斷GaN基電路的穩(wěn)定性。分析了 GaNHDGITPGA26E07BA在不同電壓等級(jí)下的電路穩(wěn)定性,并通過(guò)雙脈沖測(cè)試平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出的模型的準(zhǔn)確性。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN303
【圖文】：

ＧａＮ晶體管可承受高電壓并提供低導(dǎo)通電阻，而低壓ＭＯＳＦＥＴ提供低門(mén)極驅(qū)動(dòng)和逡逑低反向恢復(fù)。第二類(lèi)為制造工藝決定的器件本身實(shí)現(xiàn)的單體增強(qiáng)型（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ逡逑Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ－ｍｏｄｅ，Ｅ－ｍｏｄｅ）ＧａＮ晶體管。這兩種ＧａＮ晶體管的結(jié)構(gòu)如圖１－１所逡逑不。逡逑９邋Ｄ逡逑＿邋ｈｉｎ邐９邋Ｄ逡逑ｍｌ邐一逡逑0——－（？－，邋２１邋：邐＾￣￣１逡逑Ｇ邋！廣一Ｔ邋丨邐Ｇ逡逑ｓ邐ＳＳ0ｉｓ逡逑（ａ）邋Ｃａｓｃｏｄｅ邋型邐（ｂ）邋Ｅ－ｍｏｄｅ邋型逡逑圖１－１邋ＧａＮ晶體管結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＧａＮ邋ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ逡逑ＧａＮ材料以其高功率密度、低損耗、適合高頻工作等優(yōu)異特性被譽(yù)為下一代半逡逑導(dǎo)體的核心技術(shù)，無(wú)論是民用或是軍事領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景，各國(guó)企業(yè)爭(zhēng)相逡逑研究。在一些優(yōu)先考慮功率密度的重要行業(yè)，ＧａＮ材料開(kāi)始逐漸替代硅材料。目逡逑前，ＧａＮ在５Ｇ、射頻、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、激光雷達(dá)等多個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域都具有很大的逡逑發(fā)展?jié)摿�。５Ｇ技術(shù)可以提供比目前４Ｇ網(wǎng)絡(luò)快１０？１００倍的速度，基站收發(fā)信機(jī)上逡逑將需要使用更多的射頻器件，因此射頻器件的體積很關(guān)鍵。ＧａＮ功率器件尺寸小、逡逑效率高和功率密度大的特性可實(shí)現(xiàn)高集化的解決方案。電子消費(fèi)設(shè)備的升級(jí)使得逡逑充電器的功率也隨之增大，在相同的功率下，使用內(nèi)置ＧａＮ功率器件的充電器與逡逑傳統(tǒng)充電器相比可以減少４０％的體積

ＧａＮ晶體管可承受高電壓并提供低導(dǎo)通電阻，而低壓ＭＯＳＦＥＴ提供低門(mén)極驅(qū)動(dòng)和逡逑低反向恢復(fù)。第二類(lèi)為制造工藝決定的器件本身實(shí)現(xiàn)的單體增強(qiáng)型（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ逡逑Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ－ｍｏｄｅ，Ｅ－ｍｏｄｅ）ＧａＮ晶體管。這兩種ＧａＮ晶體管的結(jié)構(gòu)如圖１－１所逡逑不。逡逑９邋Ｄ逡逑＿邋ｈｉｎ邐９邋Ｄ逡逑ｍｌ邐一逡逑0——－（？－，邋２１邋：邐＾￣￣１逡逑Ｇ邋！廣一Ｔ邋丨邐Ｇ逡逑ｓ邐ＳＳ0ｉｓ逡逑（ａ）邋Ｃａｓｃｏｄｅ邋型邐（ｂ）邋Ｅ－ｍｏｄｅ邋型逡逑圖１－１邋ＧａＮ晶體管結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＧａＮ邋ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ逡逑ＧａＮ材料以其高功率密度、低損耗、適合高頻工作等優(yōu)異特性被譽(yù)為下一代半逡逑導(dǎo)體的核心技術(shù)，無(wú)論是民用或是軍事領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景，各國(guó)企業(yè)爭(zhēng)相逡逑研究。在一些優(yōu)先考慮功率密度的重要行業(yè)，ＧａＮ材料開(kāi)始逐漸替代硅材料。目逡逑前，ＧａＮ在５Ｇ、射頻、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、激光雷達(dá)等多個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域都具有很大的逡逑發(fā)展?jié)摿Α＃担羌夹g(shù)可以提供比目前４Ｇ網(wǎng)絡(luò)快１０？１００倍的速度，基站收發(fā)信機(jī)上逡逑將需要使用更多的射頻器件，因此射頻器件的體積很關(guān)鍵。ＧａＮ功率器件尺寸小、逡逑效率高和功率密度大的特性可實(shí)現(xiàn)高集化的解決方案。電子消費(fèi)設(shè)備的升級(jí)使得逡逑充電器的功率也隨之增大，在相同的功率下，使用內(nèi)置ＧａＮ功率器件的充電器與逡逑傳統(tǒng)充電器相比可以減少４０％的體積

【參考文獻(xiàn)】

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1 錢(qián)照明;張軍明;盛況;;電力電子器件及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2014年29期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 崔梅婷;GaN器件的特性及應(yīng)用研究[D];北京交通大學(xué);2015年

2 尉中杰;AlGaN/GaN HEMT開(kāi)關(guān)功率器件及模型研究[D];電子科技大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2716743