文章摘要
【关 键 词】 氮化镓技术、高压应用、高电流器件、双向开关、可靠性挑战
氮化镓功率器件正从消费电子领域向高功率应用拓展，其技术突破集中在高压、高电流、短路耐受能力和单片集成等方面。1200V横向氮化镓HEMT采用蓝宝石衬底技术，在900:450V降压转换中实现99%以上效率，Ron∙Qg品质因数达0.9 Ω∙nC，为数据中心和电动汽车等高功率场景奠定基础。高电流器件方面，10mΩ导通电阻的氮化镓芯片在TO-247封装中实现170A直流电流承载能力，14kW输出时结温仅120℃，升压转换效率峰值达99.3%，显示出向百千瓦级应用延伸的潜力。
短路耐受能力取得显著进展，650V/145A器件通过5μs短路测试，配合1μs级栅极驱动器响应时间，满足电机驱动系统的故障安全需求。单片双向开关技术通过共享漂移区将芯片尺寸缩减40%，70mΩ导通电阻器件在AC/DC转换中实现对称双向阻断，Ron∙Qg指标较碳化硅MOSFET降低80%，推动电源系统向轻量化、高效率方向演进。
垂直氮化镓结构面临可靠性挑战与机遇并存。原生衬底器件击穿电压超过1.2kV，而硅基伪垂直结构首次实现近千伏雪崩能力，为高压应用提供新路径。漂移区优化使迁移率提升至960cm²/(V·s)，残余碳浓度控制成为关键。垂直膜晶体管通过衬底剥离技术实现5.2mΩ·cm²的比导通电阻，但外延缺陷导致的漏电流问题仍需解决。电荷捕获研究表明，热ALD工艺可降低Al₂O₃介质滞后效应，而SiO₂介质通过沉积温度优化将阈值偏移减少50%。失效分析揭示沟槽角电场集中是主要瓶颈，p型屏蔽结构将氧化物场强从6MV/cm降至安全范围。
技术验证显示，优化后的垂直氮化镓器件在175℃高温反向偏置下通过1000小时测试，栅极耐受电压提升至60V，为替代碳化硅在2kV以上市场创造可能。当前突破表明，横向与垂直氮化镓技术将形成互补格局，分别在中小功率和高功率领域发挥优势。
原文和模型
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【原文作者】 半导体行业观察
【摘要模型】 deepseek-r1
【摘要评分】 ★★★★☆
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