Infineon GaN MOSFET介紹(2)

下面圖示為2000年到2020年CoolMOS發展的歷程,其中關鍵品質因素(Rds-on與面積乘積)越小,表為MOSFET的製程能力與產品特性越好。在2008年有人提出Si材料製程的關鍵品質因素的極限為0.5,由於Si材料製程的發展有其限制,要讓關鍵品質因素可以更進一步的降低,就必須發展出新的半導體材料,因此才有WBG材料的誕生。而關鍵品質因素的值越小,代表die size也可以縮小,而越小的die size可讓雜散電容也比較低,雜散電容越低,表示其切換速度也可以加快,可以進一步提高產品功率密度,同時也達到降低產品成本。

因此關鍵品質因素越小,主要可以帶來下面二種好處 :

1.可提高power產品功率密度

2.降低產品的生產成本

下面圖示為Si與GaN MOSFET的SOA(安全操作區),在左圖為CoolMOS的SOA曲線,在400V/1us條件下,電流為30A,在600V/1us條件下,電流為20A。而GaN MOSFET也具有single pulse的SOA,它是repetitive的SOA曲線,同時GaN MOSFET的SOA具有退化機制效應,它會影響動態高溫的操作壽命,在重覆性的pulse條件下,就會有如右圖的SOA曲線。在400V以下時電流為35A,當電壓提高時,電流就會逐漸下降,甚至到600V時電流為0A。

這個現象主要發生在switch時同時存在電壓與電流的情形下,因此在GaN MOSFET在turn on與turn off的時間不能限制太慢,若切換的時間太慢且同時發生電壓或電流較大的情形發生,就會影響GaN MOSFET的使用壽命,在GaN MOSFET應用上應儘可能避免,由於GaN MOSFET切換速度很快,一般on/off時間都不會超過20ns,D-HTOL動態高溫操作壽命,若電壓超過400V以上,就必須注意電流,避免超出SOA

一般市面上Enhance mode GaN MOSFET的產品,通常有二種gate的結構來驅動GaN MOSFET的方式 :

1.Schottky gate為電壓驅動,且Vgs需要+6V才能完全導通,但耐壓通常只有7~10V,若Vgs控制不好,就可能會造成GaN MOSFET的損壞,因此產品的可靠度會比較差

2.Ohmic gate為電流驅動,只需要限制電流不需要去管電壓高低,因為Vgs電壓會被內部diode clamp鉗制在3.5V。一般只需提供10mA的電流即可讓GaN MOSFET完全導通,而且通常可承受20mA以上的驅動電流,因此產品的可靠度比較佳,而pulse電流則通常可承受到2A



來源網址:www.infineon.com

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