【泰克先進半導體實驗室】遠山半導體發(fā)布新一代高壓氮化鎵功率器件

測試概覽

泰克先進半導體實驗室在今年9月收到了遠山半導體寄送的新一代常開型（Normally-ON）高壓氮化鎵器件。為了解決氮化鎵功率器件固有的電流崩塌問題，他們采用特有的極化超級結（PSJ：Polarization Super Junction）技術，將器件的額定工作電壓和工作電流提升到（1200V/20A）。

對于器件的直流參數(shù)，選擇在靜態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)SPT1000A上進行測試。系統(tǒng)內置吉時利2657A高壓源表和2636B高精度源表，最高可以支持3000V，1000A下的I-V和C-V特性測試。

在柵極電壓-8V，Id=1uA的條件下，這款氮化鎵功率器件的擊穿電壓BVDSS達到1505V。器件的閾值電壓約為-3.9V。在器件導通條件下，Vgs=3V，Id=20A時，我們測得的靜態(tài)導通電阻僅為 62.3mΩ。下圖為關斷條件下，漏電流Idss與反偏電壓（0~1500V）的掃描關系曲線。

關斷狀態(tài)下反偏電壓與漏電流關系曲線

在過往對氮化鎵功率器件的動態(tài)開關參數(shù)測試中，采用DFN8x8封裝的功率器件多為650V電壓等級，雙脈沖開關測試大多在400V條件下進行。在高壓測試中，氮化鎵器件比較容易出現(xiàn)電流崩塌現(xiàn)象，表現(xiàn)為硬開關過程中，導通電阻突然增大，如下圖所示：

傳統(tǒng)氮化鎵功率器件在高壓條件下開關測試容易出現(xiàn)的電流崩塌現(xiàn)象

下圖是遠山半導體提供的DFN8*8封裝GaN HEMT器件在高壓600V以及20A條件下進行開關測試的波形，柵極電壓為-6V~+3V，使用同型號氮化鎵器件作為陪測。（測試條件：同型號D-Mode 常開型氮化鎵器件，Ron = Roff = 1Ω，負載電感 75uH，Vds: 600V，Vgs: -6V~+3V, Id: 20A）

在測試過程中，使用了DPT1000A功率器件測試系統(tǒng)中的氮化鎵測試電路，其中柵極探頭使用1GHz帶寬的TPP1000A，Vds測試使用800MHz帶寬的高壓單端探頭TPP0850，電流探頭使用T&M公司提供的2GHz電流傳感器。柵極驅動芯片使用了TI公司的LM5114，可以最高提供7A的瞬態(tài)電流。在測試結果中可以看到，藍色的Vds波形在器件導通過程中電壓非常接近0V，表示功率器件在高壓下的硬開關操作，并沒有導致導通電壓的上升。

在實際測試結果中，器件的開啟延遲Tdon為15.06ns，上升時間Tr為11.1ns，關斷延遲為13.02ns，下降時間Tf為13ns。在高壓大電流的硬開關條件下實現(xiàn)了極高的開關速度。

為了進一步檢驗在高壓條件下的電流崩塌現(xiàn)象，我們通過使用鉗位探頭進行動態(tài)導通電阻測試，觀察器件在不同電壓條件下的導通電阻值變化。我們分別在300V，400V，500V，600V四個不同電壓下測試器件的動態(tài)導通電阻，即使用鉗位后的Vds與電流Id波形相除，得到器件在開啟后的導通電阻波形。對比四組動態(tài)導通電阻波形，并在相同區(qū)域內取值做平均值計算，得到如下的結果：

上圖紅色區(qū)域為在300V，400V，500V，600V條件下雙脈沖測試得到的動態(tài)導通電阻曲線

可以看到的是，隨著測試電壓的升高，器件動態(tài)導通電阻僅有非常小的抬升，600V與300V下的測試結果相比，僅上升6.4%，非常好的克服了氮化鎵器件在高壓條件下的電流崩塌現(xiàn)象。

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