Надежность, применения и проблемы технологии GaN HEMT для современных силовых устройств: обзор

Новое поколение высокоэффективных силовых устройств разрабатывается с использованием широкозонных полупроводников (WBG), таких как GaN и SiC, которые становятся привлекательной альтернативой кремнию. Недавний интерес к GaN обусловлен его превосходными свойствами материала, включая высокую критическую напряженность электрического поля, высокую скорость насыщения, высокую подвижность электронов и выдающуюся термическую стабильность. Поэтому устройства на основе GaN, представляющие собой транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT), обеспечивают превосходные характеристики. Они способны работать при более высоких токах, напряжениях, температурах и частотах, что делает их подходящими для применения в силовых преобразователях следующего поколения с высоким коэффициентом полезного действия, включая электромобили, зарядные устройства для телефонов, системы возобновляемой энергетики и центры обработки данных. В настоящем обзорном исследовании представлен общий обзор различных технологических и научных аспектов современной технологии GaN HEMT. Сначала кратко обобщаются современные достижения на рынке GaN и основные области его применения. Затем GaN сравнивается с другими устройствами, а также обсуждаются эксплуатационные свойства материалов устройств GaN HEMT с различными гетероструктурами. Далее рассматривается нормально-выключенная технология GaN HEMT и ее разновидности, особенно транзисторы с высокой подвижностью электронов на основе структуры металл–изолятор–полупроводник с углубленным затвором (MISHEMT) и устройства p-GaN. Кроме того, обсуждаются проблемы надежности GaN HEMT, вызванные эффектами ловушек, такими как задержка стока, задержка затвора и коллапс тока, а также различные механизмы деградации. Наконец, рассматриваются пробивное напряжение GaN HEMT и связанные с ним проблемы.