GaN基肖特基二极管：性能飞跃的秘密武器
GaN基肖特基二极管：性能飞跃的秘密武器
氮化镓（GaN）作为第三代半导体材料的佼佼者，以其卓越的物理特性在电子器件领域大放异彩。GaN基肖特基二极管，作为GaN材料的重要应用之一，正在为功率转换系统带来革命性的突破。
GaN材料的独特优势
GaN材料具有宽禁带、高热导率、高电子迁移率等特性，使其在高频、高压、高温应用中展现出独特优势。与传统的硅材料相比，GaN的禁带宽度是硅的三倍，这意味着它能在更高的电压下工作而不被击穿。同时，GaN的热导率是硅的两倍，能够更有效地散热，从而支持更高的功率密度。
性能的飞跃：GaN基肖特基二极管的优势
GaN基肖特基二极管在性能上实现了质的飞跃。与传统硅基肖特基二极管相比，GaN器件在相同击穿电压下，可实现更低的开态电阻和更大的电流。这意味着在功率转换应用中，GaN器件能够提供更高的效率和功率密度。
此外，GaN基肖特基二极管还具备高电子面密度和高迁移率的特点，这使得它们非常适合高频应用。而且，GaN器件的制造工艺与现有的GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）工艺兼容，有利于实现单片集成，降低系统复杂度和成本。
最新突破：1200V击穿电压的实现
南方科技大学马俊课题组在GaN基肖特基二极管的研究上取得了重要突破。他们开发了一种基于p-GaN岛结势垒肖特基（JBS）栅技术的新型功率二极管，实现了1200V的击穿电压。这一突破性成果发表在2024年IEEE国际电子器件会议（IEDM）上。
该研究通过周期性p-GaN岛设计，不仅提高了器件的反向阻断能力，还显著改善了可靠性。这种设计可以在肖特基结处产生结势垒，控制夹断电压，从而减小漏电流。同时，p-GaN岛终端和场板结构的结合，使得器件能够承受超过1200V的电压而不被击穿。
更值得一提的是，这种新型JBS二极管的制造过程完全兼容现有的GaN HEMT工艺，不需要额外的工艺开发成本。这为未来实现超紧凑及高效的全GaN功率解决方案铺平了道路。
广阔的应用前景
GaN基肖特基二极管的优异性能使其在多个领域展现出广阔的应用前景。在电源管理领域，其低开启电压和快速反向恢复时间使其成为开关电源和电池充电电路的理想选择。在大功率微波应用中，GaN器件的高耐压和大电流特性使其非常适合用于限幅器等电磁防护设备。
此外，GaN基肖特基二极管在新能源汽车、可再生能源系统、工业电机驱动等领域也具有巨大的应用潜力。它们能够提供更高的功率转换效率，减少能量损耗，同时减小系统体积和重量，为实现绿色能源和高效电力转换提供了新的解决方案。
随着研究的不断深入和技术的持续进步，GaN基肖特基二极管必将在未来的电子系统中扮演越来越重要的角色，为实现高效、可靠的功率转换提供强有力的支持。