【泰克先进半导体实验室】远山半导体发布新一代高压氮化镓功率器件

泰克先进半导体实验室在今年9月收到了远山半导体寄送的新一代常开型（Normally-ON）高压氮化镓器件。为了解决氮化镓功率器件固有的电流崩塌问题，他们采用特有的极化超级结（PSJ：Polarization Super Junction）技术，将器件的额定工作电压和工作电流提升到（1200V/20A）。

对于器件的直流参数，选择在静态参数测试系统SPT1000A上进行测试。系统内置吉时利2657A高压源表和2636B高精度源表，最高可以支持3000V，1000A下的I-V和C-V特性测试。

在栅极电压-8V，Id=1uA的条件下，这款氮化镓功率器件的击穿电压BVDSS达到1505V。器件的阈值电压约为-3.9V。在器件导通条件下，Vgs=3V，Id=20A时，我们测得的静态导通电阻仅为 62.3mΩ。下图为关断条件下，漏电流Idss与反偏电压（0~1500V）的扫描关系曲线。

在过往对氮化镓功率器件的动态开关参数测试中，采用DFN8x8封装的功率器件多为650V电压等级，双脉冲开关测试大多在400V条件下进行。在高压测试中，氮化镓器件比较容易出现电流崩塌现象，表现为硬开关过程中，导通电阻突然增大，如下图所示：

下图是远山半导体提供的DFN8*8封装GaN HEMT器件在高压600V以及20A条件下进行开关测试的波形，栅极电压为-6V~+3V，使用同型号氮化镓器件作为陪测。（测试条件：同型号D-Mode 常开型氮化镓器件，Ron = Roff = 1Ω，负载电感 75uH，Vds: 600V，Vgs: -6V~+3V, Id: 20A）

在测试过程中，使用了DPT1000A功率器件测试系统中的氮化镓测试电路，其中栅极探头使用1GHz带宽的TPP1000A，Vds测试使用800MHz带宽的高压单端探头TPP0850，电流探头使用T&M公司提供的2GHz电流传感器。栅极驱动芯片使用了TI公司的LM5114，可以最高提供7A的瞬态电流。在测试结果中可以看到，蓝色的Vds波形在器件导通过程中电压非常接近0V，表示功率器件在高压下的硬开关操作，并没有导致导通电压的上升。

在实际测试结果中，器件的开启延迟Tdon为15.06ns，上升时间Tr为11.1ns，关断延迟为13.02ns，下降时间Tf为13ns。在高压大电流的硬开关条件下实现了极高的开关速度。

为了进一步检验在高压条件下的电流崩塌现象，我们通过使用钳位探头进行动态导通电阻测试，观察器件在不同电压条件下的导通电阻值变化。我们分别在300V，400V，500V，600V四个不同电压下测试器件的动态导通电阻，即使用钳位后的Vds与电流Id波形相除，得到器件在开启后的导通电阻波形。对比四组动态导通电阻波形，并在相同区域内取值做平均值计算，得到如下的结果：

可以看到的是，随着测试电压的升高，器件动态导通电阻仅有非常小的抬升，600V与300V下的测试结果相比，仅上升6.4%，非常好的克服了氮化镓器件在高压条件下的电流崩塌现象。