最近，豐田合成官網公布了一項新的GaN HEMT功率器件技術，主要有幾個亮點：
●?耐壓高達6000V
●?該器件已被電源轉換器采用，工作電壓800V、效率98%
●?采用了藍寶石襯底
理論上，在相同耐壓情況下，SiC的導通電阻極限值優于硅，而GaN優于SiC。SiC和GaN都是高耐壓、低導通電阻器件的絕佳材料。
加入氮化鎵大佬群，請加VX：hangjiashuo666SiC耐壓可達1200V左右，但面臨可靠性和成本問題。GaN襯底的垂直結構器件要實現1200V以上高耐壓更不容易，主要挑戰在于GaN襯底直徑太小，成本太高。采用異質襯底的GaN HEMT功率器件要實現高耐壓也遇到麻煩。盡管GaN的擊穿電場強度為3MV/cm，是硅的10倍左右，但由于在施加電壓時，HEMT結構的GaN功率器件會局部出現電場集中，因此很難實現超過1000V的高耐壓。為解決GaN HEMT功率器件的耐壓問題，豐田合成開發了一種新型結構的橫向GaN功率器件，該結構具有實現高耐壓特性的特性，可應用于電動汽車快速充電系統和工業設備應用。
根據技術文獻，他們采用了藍寶石襯底，并制作了GaN/AlGaN/GaN疊層結構。
獲取相關技術文獻，請加：hangjiashuo666豐田合成表示，當形成 GaN / AlGaN / GaN疊層結構時，由于AlGaN中的自發極化，AlGaN上的GaN界面附近會產生空穴，而在AlGaN下的GaN界面附近會產生電子。因此，該結構不僅具有二維電子氣（2DEG），還有二維空穴氣（2DHG），電子和空穴很薄，以氣態的形式散布在平面上，從而形成了極化超結結構。2DEG可以實現高速開關操作，而2DHG可以實現高耐壓，從而解決了以往HEMT結構會產生電場集中的難題。測試結果顯示，該結構由于不存在電場集中的區域，GaN器件可以實現超過6000V的超高耐壓。至于為什么不采用行業通用的硅襯底，豐田合成表示，硅襯底是導電的，會導致漏電極(D)和硅襯底之間的耐壓成為問題。雖然可以通過添加較厚的GaN層來提高耐壓，但由于異質襯底上的晶體生長會產生大量的晶體缺陷，因此耐壓低于GaN的物理特性。另外，添加較厚的GaN層需要很高的技術，容易導致硅襯底變形開裂，因此即使加厚也是有限制的。目前底層GaN層的耐壓一般在650V左右。最后，豐田合成表示，2020年以來，他們一直在參與日本環境部的項目，該項目的電源轉換器已經采用了這種新結構GaN功率器件，其工作電壓達到800V以上（耐壓1500V以上）、電源轉換效率高達98%以上。插播：更多全球GaN產業布局，盡在《2021第三代半導體調研白皮書》，掃碼可搶先閱讀！
