聯(lián)柵晶體管GAT（Gate  Associated   Transistor）是電壓型靜電感應(yīng)晶體管（SIT）和電流型雙極型晶體管（BJT）的復(fù)合型晶體管（見圖1）。

聯(lián)柵功率管采用聯(lián)柵架構(gòu)，即多晶硅發(fā)射極和柵上無鋁僅在柵區(qū)匯流條上布鋁的架構(gòu)，使元胞細(xì)微化（8-15um），突破電流型器件因元胞大（BJT 為100-150um）電流不均勻、集邊效應(yīng)和關(guān)斷擠斷等瓶頸，帶來開關(guān)速度快、頻率高、高可靠和高能效的新性能，同時(shí)兼具原電流型器件大電流、成本低的優(yōu)勢(shì)。GAT適用于400V~1200V，頻率100KHz以下場(chǎng)景。

圖1  GAT結(jié)構(gòu)示意圖                 圖2 BJT版圖                          圖3 GAT版圖

表1 幾種功率器件參數(shù)比較

一、高能效

（一）靜態(tài)功耗

         圖4  功率管的電流輸出特性曲線                                    圖5 GAT電流輸出特性曲線簇

IGBT有一個(gè)0.7V的彎頭，輕載下，面比電阻很大。

SiC MOS成本高，小管芯做大功率，實(shí)用電流密度達(dá)到2.5A/mm2（工作在B點(diǎn)）。GAT成本低，可使用大管芯，實(shí)用電流密度0.5A/mm2（工作在A點(diǎn)）。

GAT工作在弱正溫度系數(shù)區(qū)域，開通驅(qū)動(dòng)功耗折合成導(dǎo)通壓降的部分，隨著溫度升高而減小。

GAT在大電流下很快進(jìn)入線性放大區(qū)，自動(dòng)限流，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)保護(hù)（雙極型電流特性）。

（二）動(dòng)態(tài)功耗

動(dòng)態(tài)功耗主要取決于電流拖尾。從電流下降波形看，SiC MOS的電流波形容易發(fā)生振蕩，GAT不容易發(fā)生振蕩。在幾十KHz的工作頻率下，SiC MOS與GAT的動(dòng)態(tài)功耗相當(dāng)。

  圖6  SiC MOS 電流下降波形                            圖7  GAT電流下降波形

二、實(shí)際工作頻率

SIC的頻率很高，但采用MOS架構(gòu)做器件，實(shí)際工作頻率遠(yuǎn)低于預(yù)期。原因是SiC MOS的柵氧化層只有MOS的一半厚，電場(chǎng)強(qiáng)度卻是MOS的2.5倍，容易發(fā)生柵穿。工作頻率高，則dI/dt  dV/dt 高，雜散電感和雜散電容產(chǎn)生的電壓尖峰和電流尖峰更高，更容易擊穿柵氧化層。因此SiC  MOS 的實(shí)用頻率一般取20KHz左右。

GAT的聯(lián)柵架構(gòu)沒有柵穿問題，實(shí)際工作頻率可達(dá)50-100KHz。可匹配更小的電感和電容，優(yōu)化散熱系統(tǒng)，增大整機(jī)功率密度。

三、最高工作溫度

   圖8  GAT 200℃輸出                                        圖9 GAT的HFE-IC的關(guān)系曲線簇

注圖8：T1=25℃ T2=100℃ T3=150℃  T4=200℃  T5=250℃ 工作點(diǎn)為200mA。

圖8說明：

1.GAT能夠正常工作在250°C。實(shí)驗(yàn)：殼溫250-260°C下正常工作48小時(shí)。

2 .GAT在200--250°C的導(dǎo)通壓降比25°C增加<10%（電流放大倍數(shù)降低<10%）。

機(jī)理：小電流GAT工作在負(fù)溫度系數(shù)區(qū)，大電流下GAT工作在正溫度系數(shù)區(qū)，總體來說，GAT工作在零溫度系數(shù)區(qū)附近。

四、低電壓等級(jí)規(guī)范

GAT過壓能力強(qiáng)，可以采用更低的電壓規(guī)格做同等電壓型功率器件等級(jí)。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：450V 聯(lián)柵功率管 GAT 用于LED 中，開機(jī)瞬間3個(gè)電壓900V尖峰，8000次開關(guān)，沖擊24000次不壞。

五、GAT的電流能力

表2  GAT電流規(guī)格（單顆管芯）

備注：*產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，以實(shí)際開發(fā)品種為準(zhǔn)。

六、GAT的驅(qū)動(dòng)接口線路

GAT的缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)功耗比較大，驅(qū)動(dòng)比電壓型器件復(fù)雜。

GAT的驅(qū)動(dòng)，可以從原有驅(qū)動(dòng)線路的輸出經(jīng)過轉(zhuǎn)換，連接下面的接口。

正電源1.5V，電流能力為 Ic / 5，負(fù)電源-5V，電流能力為 Ic / 20。

圖10  GAT的驅(qū)動(dòng)參考方案