新的氮化鎵（ GaN）晶體管的數據表規格不能告訴你所有你需要了解的這些特殊器件。本文不會讓你像在水面上行走——不過，你會知道哪里有一些墊腳石。本文還將帶來一些善良的焦慮——因為它也是給氮化鎵供應商的一封公開信。

今年，我們將看到許多公司推出真正的，但不理想的高壓氮化鎵晶體管。這些新器件將被提供給市場的級聯（cascode）結構。它們將只選擇那些要求簽署一份非公開協議的客戶進行交付。其中將包括限制任何逆向工程活動的額外條款，甚至有可能包括樣品返還政策，本文將會解釋個中的原因。

氮化鎵晶體管顯然對高速、高性能MOSFET器件構成了非常嚴重的威脅。氮化鎵上硅（GaN on Si）晶體管預計的低成本，甚至還有可能使IGBT器件取代它們在較低速度、650V，非常高電流電源應用中的統治地位。圖1中所示為市場機會。

有競爭力的商業需求、感知和實際利益推動了風險資本權益、并購行家、戰略投資者活動、聯盟和對我們參加的鋪天蓋地的，甚至強制性的貿易展的的興趣。這就解釋了你將在你的通常的良性非披露協議中插入看到的額外“法律”工作。另一個問題當然是器件的不成熟。在你的應用與你所不熟悉的這些晶體管的非凡速度的結合方面也有不確定性，以便你將不會讓擔化鎵晶體管過應力。沒有氮化鎵積極參與者會希望你傳播你的戲劇性的失敗故事。

電壓過沖和過載的問題是令人關注的問題，需要氮化鎵供應商加以解決。下面是針對創建氮化鎵晶體管和二極管臺適標準的一種試探性的方法。

額定電壓？

已經出現的一系列的實際工作電壓“標準”如表1中所示。然而，由于氮化鎵器件沒有雪崩規范，你會期望它們將必須至少能承受也許是高于額定工作電壓20-25%的應力電壓范圍。你推測的安全系數意味著，一個650V額定器件將有望在達到800V的反復電壓偏移條件下安然無恙。

不幸的是，列于表1中的簡單的安全邊際概念是有缺陷的。必要的是，你要認識到，我們的氮化鎵晶體管類似于“陶瓷電容”。這意味著，在擊穿條件下它們可被摧毀。Michael Bnere在2012 APEC上回答了個問題，陳述了相關的問題。

Cree的Mrinal Dasl描述了高電壓碳化硅（SiC）器件的降額演變。隨著器件技術的成熟，所需的降額量自然減少了。Das描述的Cree1200V碳化硅MOSFET的額定值寫于2011年。當時的器件有1700V中間雪崩擊穿電壓。制造和現場數據的積累通常會允許選擇一個更小的安全邊際。或許在這個時候，2013年，額定電壓為1200V的碳化硅器件具有1500V的中間雪崩擊穿電壓。因此，表1所示的上述氮化鎵器件也許意味著某些不當的傲慢——我們有種不成熟和非常與眾不同的技術——我們不能如圖所示那樣評價我們的1200V器件。例如，我們不能確定，我們在所示的1200V條件下有300V的邊際。

當然，由于氮化鎵器件沒有可重復行使的擊穿電壓能力，理性看圖1中所示的圖表有錯誤的前提。

真正的額定電壓——阻斷電壓

想一想阻斷電壓。氮化鎵的答案是針對每個器件的大小制定漏電流限制。國際整流器（International Rectifier） 所示的典型漏電流600V級聯。這實現了每毫米柵極寬度50nA以下的漏電流。該器件必須在額定電壓及以上阻斷。在每毫米高達400nA時，150度條件下的漏電流被認為是可接受的。這些低泄漏數字表明，lR級聯使用的常開型（normally-on）氮化鎵器件使用了MIS柵極結構。傳統的肖特基門控器件將顯示出更高的泄漏。然而，同樣的原則也適用—想一想lR建議的阻斷電壓和使用可重復的、可測量的漏電流標準。在表1所示的“最小擊穿電壓”空間，利用Transphorm使用的短語“瞬態漏極至源極電壓”，也進一步定義了電壓偏移的瞬態時間加上電壓偏移。

封裝和性能

簡單的級聯電路無法提供轉換速率（slew rate）控制，從而使PC板布局變得至關重要。此外，柵極驅動器的特性是部分地由封裝內部串聯的源極電感所控制的。這可能像有引線封裝的4-6nH那么高。盡管Transphorm顯然以適應的TO-220封裝取得了成功，使其可用于所有氮化鎵供應商的氮化鎵應用（包括Transphorm）傾向于采用的5mmX6mm或8mmX8mm PQFN封裝。8mmX8mm PQFN的大占位面積允許采用定制IC驅動器，從而提供了增加轉換速率控制等功能的可能性。12mm×12mm大的PQFN封裝允許采用完整的半橋和驅動電路。混臺集成的水平可以更進一步，并可以設想集成一個完整的圖騰柱PFC。通過使用氮化鎵器件使這個電路成為可行，因為它們具有非常低的Orr。例如SJ MOSFET IPL60R199CP的Orr是5500nC，而Transphorm和氮化鎵系統氮化鎵級聯的Qrr低了10到20倍 ——對于有較低導通電阻的器件為16.2至54nC。氮化鎵供應商需要確定并展示氮化鎵級聯在選定的應用中的壓倒性優勢。Transphorm “PFCT”倡議是在這個方向引人注目的第一步。

在氮化鎵的開發階段已經令人滿意地發現了氮化鎵在特定導通電阻和優值方面的優勢。然而相反，我們的宣傳賦予了SJ MOSFET概念新的生命。正如圖2所示，英飛凌預計2013/2014年推出具有3.4優值的600V SJMOSFET。我們預期，十有八九的優勢需要通過改進級聯來重新建立。這些可能來自于強大的、低電壓常關型氮化鎵晶體管的出現，以取代我們現在使用的分立式MOSFET.

結論

氮化鎵器件將以許多不同的方式重新教育工程師。簡單級聯結構的極大的開關速度失控會產生以前沒有經歷過的EMI和電壓過沖問題。氮化鎵級聯結構從本質上講是一個功率微波集成電路。當低電壓MOSFET用個常規MOSFET驅動器驅動時，級聯將提供50和100V/nS的開關速度，同時開關20至50A。因此，封裝問題需要加以解決。應該開發一個標準化的封裝，允許源檢測連接并進一步允許實現最小的回路電感。Michael Briere已經要求氮化鎵供應商開發針對氮化鎵器件資格的標準。這個想法需要被擴大到包括第二個來源安排、常用測試方法，同時也要實現利于生產的封裝標準。

審核編輯 ：李倩