繼上一篇屏蔽柵MOSFET技術簡介后，我們這次介紹下GaN HEMT器件。GaN 半導體材料是一種由鎵元素與氮元素組成的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體，在消費電子領域，特別是快速充電器產品的成功商用，昭示了其成熟的市場地位與廣闊應用前景。

目前熱門的AI的崛起加速了數據中心向更高層次演進的需求。相較于傳統硅基功率器件構建的電源系統，GaN 基電力電子系統在功率密度與體積效率方面具有顯著優勢，這種性能優勢源于 GaN 材料固有的物理特性;寬禁帶特性賦予材料高臨界擊穿場強、優異的載流子輸運特性以及高熱導率特性，使得 GaN 基器件在降低開關損耗與提升功率密度方面形成技術代差優勢。下圖1是常見半導體參數以及圖2是GaN HEMT器件結構以及SiC MOSET器件結構。

圖1 常見半導體材料參數

圖2 GaN HEMT器件結構以及SiC MOSET器件結構

目前氮化鎵HEMT按照器件工作模式，可分為常開(耗盡型)和常關(增強型)兩種方式，如下圖3所示。在橫向結構中由AlGaN/GaN異質結組成的GaN異質結場效應晶體管(HFET)包括一層高遷移率電子：二維電子氣(2DEG)，2DEG在功率器件漏極和源極之間形成通道。常開(耗盡型)：當柵源電壓為零時，漏源極之間已存在2DEG通道，器件導通。當柵源電壓小于零時，漏源極2DEG通道斷開，器件截止。常關(增強型): 當柵源電壓大于零時，漏源極之間2DEG通道形成，器件導通。常開(耗盡型)器件在啟動過程中可能會出現過沖或失去功率控制，因此不適用于電源變換器等應用中。常關(增強型)器件通過簡單的柵極驅動控制，在電力電子廣泛應用。

圖3 GaN HEMT器件類型

GaN HEMT憑借其在高頻、高功率密度和快速開關方面的優勢，在5G基站、射頻放大器和快速開關電源轉換器等領域有著廣泛應用。其中，e-GaN 適用于低壓范圍，而串一個硅MOS的d-GaN（Cascode d-GaN）則在較高電壓下工作。隨著科技的不斷進步，GaN HEMT的應用前景將更加廣闊。盡管它目前還存在一些局限性，但隨著技術的發展和創新，這些問題有望逐步得到解決。

未來，GaN HEMT可能會在更多領域發揮關鍵作用，推動電子技術向更高水平邁進。無論是在通信、能源還是汽車電子等領域，我們都有理由期待 GaN HEMT 帶來更多的驚喜和變革。